双圆弧斜齿齿轮泵转子加工刀轨规划及仿真

针对双圆弧斜齿齿轮泵转子加工方法中存在的加工效率和精度比较低等问题,提出了利用球头铣刀在数控铣床上加工双圆弧斜齿齿轮泵转子的方法。研究目标是:根据双圆弧斜齿齿轮泵转子方程,结合空间啮合原理,建立了双圆弧斜齿轮的加工坐标系,根据各坐标系之间的转换矩阵,建立了双圆弧斜齿齿轮泵转子的齿面方程,模拟使用球头铣刀进行加工过程,计算出加工刀具中心在平面和空间轨迹,同时给出判定球头铣刀不发生干涉的最大半径的方法。利用VERICUT软件建立虚拟制造环境并进行铣齿仿真加工,验证了双圆弧斜齿齿轮泵转子齿面数控加工方法的正确性及其可行性。

电液位置伺服系统的MPC控制仿真分析

电液位置伺服系统广泛应用在大负载、快速、精确反应的控制领域中,然而其存在时变非线性的特性,因此传统控制系统不能达到理想的控制效果。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)具有无需模型、鲁棒性强、抗扰动能力强等优点,较适合应用在时变非线性系统的控制中。分别采用PID控制、线性MPC、自适应MPC和非线性MPC 4种控制策略对电液位置伺服系统的控制性能进行仿真研究。结果表明:线性MPC、自适应MPC和非线性MPC都比PID控制性能好,非线性MPC控制精度较高、响应速度较快、抗扰动能力较强,自适应MPC控制精度、响应速度和鲁棒性次之。

温度对油气弹簧工作特性影响的研究

针对油气弹簧因长时间工作温度升高影响油气弹簧工作特性的问题,考虑了密封摩擦,基于热力学理论和流体力学理论,建立出油气弹簧的数学模型,在Simulink中进行数学模型仿真。使用AMESim流体仿真软件进行虚拟模型仿真。在不同工作温度下对油气弹簧进行了台架试验,得到不同温度下的油气弹簧工作特性曲线。将仿真结果和试验结果进行了对比,验证了油气弹簧数学模型和AMESim虚拟模型的正确性。把不同温度下的试验结果进行对比,研究了温度升高对油气弹簧刚度特性和阻尼特性的影响。结果表明随温升高,油气弹簧刚度特性变化较大,阻尼特性变化较小。

基于遗传算法的重型特种车辆主动悬架H_(2)/H_(∞)控制研究

重型特种车辆的传统被动悬架对不同路况适应能力差,恶劣路况下车辆性能下降明显,无法满足重型特种车辆在不同路况下行驶平顺性和操纵稳定性的需求.针对这一问题,研究建立了三轴重型特种车辆整车9自由度主动悬架模型,设计了H_(2)/H_(∞)鲁棒控制器,并在满足H_(∞)约束条件下采用遗传算法对H_(2)性能指标进行优化,获取了全状态最优控制律,同时对连续随机路面和凸块路面下主、被动悬架性能进行分析.结果表明:在连续随机路面下,相较于被动悬架,H_(2)/H_(∞)控制主动悬架在时域和频域范围内均具有良好的性能,能够提高车辆的行驶平顺性和操纵稳定性;在凸块路面下,主动悬架能够更快地衰减来自不平路面的振动,并使左前轮胎动载荷的最大值降低了23.5%,提升了轮胎的接地性.H_(2)/H_(∞)控制主动悬架对不同路况具有良好的适应能力,能够满足不同路况下重型特种车辆行驶平顺性和操纵稳定性的提升需要.

基于变补油及冲洗回路联控的泵控马达系统热管理方法

针对静液压驱动的工程及农业装备中典型泵控马达系统低压回路存在连续功率损失,回路油液温度随负载及油箱温度变化大等问题,本文提出一种基于变补油及冲洗回路(ACFC)联控的节能热管理方法。在典型泵控马达系统低压回路中引入电比例恒压变量泵及电比例节流阀,实现冲洗流量可控调节及补油流量自动适应,以提供回路温度的控制自由度;基于实验测试数据,构建基于损失模型的泵控马达系统产热模型;依据系统产热模型设计了一种基于前馈+PD反馈控制算法的热管理方法对回路温度进行控制;采用基于功率跟随的泵控马达系统调速策略,在不同负载、不同初始温度等工况下,对典型泵控马达系统和基于ACFC的泵控马达系统开展对比实验。实验结果表明,所建立的损失模型可实现对泵控马达系统产热功率实时估计,估计精度达到±10%,验证了所建系统产热模型的正确性;在ACFC具有一定散热裕度的条件下,提出的热管理方法可使回路温度控制精度达到±0.5℃,并降低低压回路功率消耗24.7%~66.7%,使系统总传动效率提高0.9%~3.9%,有效验证了所提热管理方法的温控及节能性能。基于ACFC的热管理方法可为静液压驱动的工程及农业装备节能控制及热管理提供一种思路及方法。

双圆弧齿轮泵不同工况下流量特性分析

为分析不同工况下的双圆弧齿轮泵流量特性,使用AMESim软件对双圆弧齿轮泵进行精确建模,设定不同转速、负载压力和气体质量分数并分析其瞬时出口流量和出口流量脉动率。结果表明:转速与瞬时出口流量呈正相关,转速为3000 r/min时的平均出口流量是转速为1500 r/min时平均出口流量的2.17倍;负载压力与瞬时出口流量呈负相关,负载压力为6 MPa时的平均出口流量较负载压力为2 MPa时平均出口流量减小0.621 L/min;在转速为3000 r/min、负载压力为2 MPa时,出口流量脉动率最小;出口流量脉动率与转速呈负相关,与负载压力呈正相关。油液的气体质量分数增大会加剧双圆弧齿轮泵空化现象,对流量特性造成不利影响。

轴向柱塞泵柱塞副油膜特性数值分析

在轴向柱塞泵容积变量系统中,柱塞副油膜间隙始终是设计和优化的关键点。为改善柱塞副油膜的润滑机能,辅助柱塞副结构元件设计与参数优化,以便形成适当的润滑油膜,针对某定缸动盘形式柱塞泵的柱塞副进行研究,建立了可循环求解的数学模型,完成了对油膜厚度场和压力场模型的编程仿真与计算求解,分析了在一个周期内压油区油膜随负载压力变化的规律。结果表明:增大负载压力,会减轻柱塞的偏心程度,最小油膜厚度将会增大,且负载压力对柱塞尾端偏心量有更明显的影响;油膜在柱塞尾端存在一个由挤压效应引起的压力波峰,压力波峰时刻大于负载压力,并且压力等级越高,压力波峰比越小,挤压效应带来的影响越弱。

基于多目标粒子群算法的配流副结构优化设计

由于柱塞泵配流副的结构相对复杂,传统的试凑法不仅会加长设计周期,且难以获得最佳结构参数。为兼顾配流副多项性能指标,以某轴向柱塞泵端面配流副作为研究对象,建立端面配流副结构的数学模型,利用自适应网格与拥挤距离的多目标粒子群算法对模型求解。结果表明:算法的目标函数均保持良好的收敛性和全局适应性,定义的配流副参数变量能找到Pareto最优解,同时维持了解集良好的分布性,提高了结构优化设计的效率;优化后的配流副油膜刚度增大,且在不同油膜厚度与供油压力下,优化后的配流副泄漏流量比优化前降低8.6%左右,验证了模型和算法的适用性与优越性。

基于热-流-固耦合的高速圆弧斜齿轮泵转子动力学特性分析

针对齿轮泵在高速工况下因流场作用及补偿力等因素引发的振动问题,以高速圆弧斜齿轮泵为研究对象,分析流场温度、流场压力、电机扭矩和滑动轴承径向补偿力等因素对其转子性能的影响。基于热-流-固耦合方法,建立高速圆弧斜齿轮泵的三维模型,利用ANSYS Workbench平台中的耦合模块,对转子进行多物理场耦合分析,以判断其临界转速是否符合设计要求。结果表明:与扭矩和流场压力相比,流场温度对转子的变形量影响更显著,表明温度场是转子变形的主要原因;同时在热-流-固耦合情况下,转子的弯曲和扭转幅度增大,固有频率大幅下降,表明热-流-固耦合对转子固有频率有显著影响;耦合分析结果显示,转子的临界转速96 600 r/min,远高于设计转速。

基于ADAMS的全断面竖井掘进机锥形刀盘载荷特性

全断面竖井掘进机锥形刀盘在竖井施工中具有导向性好、姿态调整方便等优点,滚刀作为竖井掘进机施工中最直接的破岩工具,获取其载荷分布规律对于竖井掘进机的刀盘刀具系统的合理设计和掘进过程中装备姿态的调整具有重要意义。基于ADAMS建立了全断面竖井掘进机锥形刀盘与岩体耦合模型,合理施加约束条件对正常掘进工况进行仿真,获取了竖井掘进机锥形刀盘刀具的载荷分布规律。结果表明:由于安装方式的不同,正滚刀所受到的侧向力和滚动力均大于中心滚刀,对正滚刀刀座与辐条之间的连接强度提出了更高要求;随着正滚刀在刀盘上安装半径的增大,其受到的垂直力也增大。中心滚刀所受到合力载荷稳定性较正滚刀明显较好,波动更小;随着滚刀在刀盘上安装半径的增加,滚刀所受到的合力载荷大小波动更大,载荷稳定性也更差。

全断面竖井掘进机锥形刀盘破岩机理研究

刀盘刀具系统作为全断面竖井掘进机的关键组成部分,不同刀盘锥度及刀间距对滚刀破岩起决定性的作用。运用ABAQUS软件建立滚刀动态破岩模型,分析不同刀盘锥度和不同刀间距对滚刀破岩的影响,并获取了滚刀在破岩过程中的受力情况及破岩效率。结果表明:滚刀破岩效率随着刀盘锥度的增大而减小,滚刀破岩效率随着滚刀安装半径的增大而减小,综合滚刀受力、破岩效率和实际工况,得到刀盘锥度为120°、滚刀刀间距为40 mm时,滚刀破岩效率最高。为竖井掘进机锥形刀盘设计提供了理论依据,有效提高了竖井掘进机破岩效率和整机研制水平。

μ理论在电液负载模拟器中的应用

研究μ理论在电液负载模拟器中的应用,提出电液负载模拟器的鲁棒控制策略。电液负载模拟器是一个复杂的机-电-液复合系统,且是一个强耦合、时变受控对象。综合考虑参数变化、模型变动和干扰等不确定性的影响,利用μ综合控制理论设计电液负载模拟器的鲁棒力控制器,并通过μ分析使用鲁棒力控制器时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能。给出使用鲁棒力控制器和经典力控制器时的实验结果,实验结果表明所设计鲁棒力控制器的有效性和优越性。

被动式电液力伺服系统的自适应反步滑模控制

针对被动式电液力伺服系统存在固有的多余力矩、控制伺服阀的非线性以及参数时变性问题,提出一种自适应反步滑模控制策略。建立系统的非线性状态空间方程;基于反步控制理论思想,通过3步递推法设计系统的反步控制器;在反步法递推的第3步结合滑模控制方法,选择合适的Lyapunov函数,给出系统不确定参数的自适应律,设计出非线性自适应反步滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性定理对所设计的控制器稳定性进行证明。仿真和实验结果表明,该控制器能够有效地抑制多余力矩,并且对参数摄动及外界扰动具有较强的鲁棒性。

双圆弧斜齿齿轮泵脉动特性分析及齿形设计

针对普通渐开线齿轮泵流量脉动大、噪声大以及困油现象等问题,设计出一种以双圆弧斜齿轮为运动副的齿轮泵。对比分析啮合特性,得出双圆弧斜齿轮传动的优越性。以正弦曲线为过渡曲线,利用啮合共轭原理求解出双圆弧斜齿轮端面齿廓方程。采用等面积法求解了双圆弧斜齿齿轮泵的最大和最小瞬时排量,得出理论脉动趋于零的结论。利用FLUENT三维动网格技术,对比分析齿轮参数相同的双圆弧斜齿轮泵和渐开线斜齿轮泵的流量脉动,得出前者的流量脉动远小于后者的结论。

基于BP-PID控制器的盾构液压推进控制系统研究

为解决盾构在复杂地层施工时推进速度和压力难以控制的问题,在压力流量控制的基础上提出BP神经网络控制策略。通过AMESim建立推进系统物理模型,并利用Simulink设计出BP神经网络控制器,最后对系统进行联合仿真,分析推进系统液压缸在变流量和变负载工况下推进速度和压力的响应特性。仿真结果表明:该控制策略与常规PID控制相比,波动幅度降低,调节时间快。采用BP神经网络PID控制能够有效地提高盾构在负载突变情况下速度和压力控制精度,稳定性好、适应能力强,为盾构控制系统设计和优化提供理论参考。

20T锻造操作机液压控制系统

锻造操作机是自动化锻造作业中不可缺少的重要装备之一。以20T载荷全液压锻造操作机为对象,针对其重载、定位精度要求高、惯量大的技术特点,对操作机各执行机构液压控制系统进行设计,包括大车行走系统、夹钳旋转系统、平行升降系统、水平缓冲系统、夹持系统和侧移摆移系统。建立操作机关键控制系统(大车行走系统、夹钳旋转系统)的数学模型,采用模糊PID控制算法,基于Matlab/Simulink和AMESim联合仿真技术仿真研究系统的动态特性,并进行试验验证。结果表明,操作机各液压系统回路设计合理,采用模糊控制策略的大车行走系统和夹钳旋转系统的实时性强、鲁棒性好,实现了操作机平稳、准确、快速控制。

电液负载模拟器同步结构解耦研究

针对电液负载模拟器中的多余力矩问题,以阀控摆动马达电液负载模拟器为对象,在分析研究多余力矩产生机理及影响因素的基础上,提出一种同步结构解耦新方法,具体实现是将加载执行元件设计成复式双层结构,外层同步马达用于跟踪承载对象进行位置同步控制,内层马达用于加载,通过复式结构加载执行元件实现变被动加载为主动加载,从根本上解决了多余力矩问题。给出了复式摆动马达的参数匹配原则、密封及结构设计方案,仿真分析了内外层马达油道配流方式的合理性。最后,通过小梯度加载下电液负载模拟器性能的仿真分析验证了同步结构解耦新方法的正确性及有效性。

微力矩导弹舵机负载模拟器的理论研究

以某型号反坦克导弹舵机为对象,对一种称之为微力矩负载模拟器进行了研究。根据该型号导弹舵机的特点,对系统关键元件的选择设计进行了分析,建立了系统的数学模型,并通过分析多余力矩的产生机理,对系统进行了多余力矩补偿和校正,最后进行了仿真分析。

新型全液压重载锻造机器人机构设计及分析

针对全液压重载锻造机器人载荷大、搬运速度快和定位精度高的特点提出了一种新型机构方案,该方案能够实现车身回转、夹钳伸缩、夹钳升降、夹钳回转和钳头夹紧五个自由度的运动,其运动主体为一种混联机构,由三组平行四边形连杆机构构成,采用三组液压缸并联驱动,可有效增大机器人工作空间,使负载分配合理,易于控制。建立了运动学和动力学模型,采用正弦曲线将机器人夹钳末端的位移规划为直线运动,在MATLAB中求解出机器人的工作空间,得到了直线运动下各组液压缸的位移和驱动力变化曲线,验证了该模型的正确性和机构的合理性,为重载锻造机器人机构设计提供了一种解决方案。

操作机主运动机构液压控制系统力顺应性研究

提出重载锻造操作机配合压机锻压时,主运动机构液压控制系统的力顺应性方法。以操作机的主运动机构为对象,建立其逆运动学和动力学模型;以压力为被控量,利用联合仿真技术,搭建提升液压控制系统模型;基于水平缓冲原理,推导出水平缓冲液压系统的模型。以锻件锻压过程中的变形为输入,通过仿真分析得到提升缸和缓冲缸的位移和力的变化规律,通过经典PID控制方法仿真分析验证了提升系统主动压力顺应性,以及缓冲系统被动顺应的有效性。