基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法

通过改进轴向柱塞泵的滑靴副与柱塞的结构设计以稳定建立滑靴油膜,这是轴向柱塞泵当前的研究热点之一。柱塞泵滑靴副油膜厚度的动态特性对分析柱塞泵滑靴副的支撑特性至关重要,为此,提出了一种基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解新方法。首先,对滑靴副的受力平衡机理进行了分析,并构建了柱塞泵运动学和动力学模型;然后,构建了柱塞泵整泵流场仿真模型,求解了包含滑靴底部支撑力、柱塞腔压力等在内的滑靴副支撑动态边界,并采用容积效率试验数据验证了整泵流场仿真的准确性;最后,建立了滑靴副油膜承载模型,分析了滑靴副油膜支撑特性,提出了基于插值计算理论的柱塞泵滑靴副油膜承载尺度动态求解方法,对1600 r/min与600 r/min两种典型工况的滑靴副油膜动态进行了计算。研究结果显示:大排量柱塞泵转速为1600 r/min时,柱塞惯性力导致高压侧油膜厚度进一步减薄,高压转低压过程中,柱塞腔内出现压力骤降,使滑靴副油膜无法形成,导致滑靴与斜盘发生刚性接触,在该区域内发生异常磨损;而在低转速工况(600 r/min)时,滑靴底面能够有效形成油膜,保证柱塞泵低速运行的可靠性。这表明基于支撑力平衡的柱塞泵滑靴副油膜厚度动态求解方法可以快速地对不同工况下的柱塞泵滑靴副油膜厚度进行求解。

地层动态测试器流量死区补偿方法

地层动态测试器在石油资源勘探领域中承担重要角色,其核心功能为通过预测试室测量地层渗透率。随着勘探任务逐渐走向超深井化,受井下高温影响,地层动态测试器预测试室模块的电液系统存在明显流量死区现象。因此,通过数值仿真定量分析其性能缺陷具有重要意义。首先介绍地层动态测试器预测试室模块的电液系统组成及特性;其次建立Simulink-AMESim联合仿真模型,结合数学模型对流量死区进行分析;接着结合实际工况确定动态性能补偿方案,并进行仿真验证。结果表明,提出的方案可以有效减轻高温导致的性能缺陷,有利于提升地层动态测试器作业的稳定性。

基于剩余寿命的柱塞泵可再制造性评估

为了实现对柱塞泵可再制造性的定量评估,首先以柱塞泵为研究对象,进行其疲劳寿命研究。建立了柱塞泵刚-柔-液联合仿真模型,研究了在柱塞泵运行过程中转速、负载压力对柱塞最大应力和疲劳寿命的影响规律。结果显示:随着转速提高,柱塞所受到的最大应力呈指数递增,柱塞的疲劳寿命则呈指数递减;随着负载压力的增大,柱塞所受到的最大应力呈线性增大,柱塞的疲劳寿命则呈对数递减。在柱塞泵疲劳寿命分析的基础上,建立了以剩余寿命和零部件可加工性为指标的技术评估体系,并综合考虑了经济和环境指标,提出了柱塞泵可再制造性量化评估模型和方法,并进行了工程应用分析,验证了所提出方法的合理性和可行性。

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明:基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。

高岭土填充改性超高分子量聚乙烯的浆体冲蚀磨损特性

分别采用机械混合和釜内聚合方法在 UHMWPE基体上填充高岭土 ,制得两类 UHMWPE/ Kaolin复合材料 ,考察了两类 UHMWPE/ Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损特性及其与冲击速度和高岭土含量之间的关系 ,通过对磨损表面形貌的观察分析 ,探讨了 UHMWPE/ Kaolin复合材料的磨损机理 .结果表明 ,采用聚合方法制备的含高岭土约6 .6 % (质量分数 ) UHMWPE/ Kaolin复合材料的浆体冲蚀磨损性能优于 UHMWPE。

两种UHMWPE/Kaolin复合材料在干摩擦条件下的滑动摩擦磨损性能研究

在 MM- 2 0 0型磨损试验机上分别对以釜内聚合和熔融机械混合方法制备的高岭土填充超高分子量聚乙烯基复合材料 (UHMWPE/ Kaolin)在干摩擦条件下与 45 #钢对摩时的摩擦磨损性能进行了研究 ,并用扫描电子显微镜和立体光学显微镜对其磨损表面进行了观察与分析 ,对材料的磨损机理进行了探讨 .结果表明 :引入适量的高岭土能明显降低 UHMWPE的摩擦系数和磨损率 ,用釜内聚合方法制备的 UHMWPE/ Kaolin复合材料的摩擦系数和磨损率比用机械混合方法制备的同样成分的复合材料的都低 ;2种复合材料均能在偶件钢试环表面形成转移膜 ,从而使复合材料的摩擦系数和磨损率比纯 UHMWPE的均有所降低 .但二者的转移膜特性存在差异 ,这也是 2种复合材料的摩擦磨损性能产生差异的原因之一 ;而聚合型和混合型 UHMWPE/

两类高岭土填充UHMWPE基复合材料及其摩擦磨损特性

分别用釜内聚合和机械熔融混合方法制备高岭土填充UHMWPE基复合材料,对其热性能,结晶性、聚集态结构和与45钢对摩的滑动摩擦磨损性能进行了实验研究,并分析了复合材料的摩擦磨损特性与其结构之间的联系。结果表明,釜内聚合法制备的复合材料具有比较好的性能,良好的性能源于高度分散的高岭土颗粒的增强作用和较高的界面结合强度,也与UHMWPE的结晶形态有关。

盾构机推进液压系统仿真分析

阐述了盾构机推进液压系统的原理,利用AMESim仿真工具对该系统进行了仿真分析。仿真结果表明,压力流量复合控制方式既可以进行压力闭环控制又可以进行流量闭环控制,从而减小压力和流量的波动,达到对推进压力和推进速度的实时控制的目的。

盾构推进液压系统控制分析

采用电液比例控制技术设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统。利用基于CC-Link现场总线的PLC控制实现了盾构推进液压系统速度和压力的协调控制,采用组态王软件开发的盾构推进液压监控系统实现了人机交互。推进液压系统在盾构模拟试验台上进行了实验分析,结果表明:所设计的推进电液控制系统能实时控制推进压力和推进速度,显著减少了速度压力调节的相互干涉,能较好地满足盾构在不同地质情况下推进控制的基本要求。

UHMWPE/Kaolin复合材料的物性研究——机械性能、耐磨性及其相关关系

按ASTM标准进行拉伸和缺口冲击强度试验,分析釜内聚合和机械混合两种方法制备的高岭土填充超高分子量聚乙烯基(UHMWPE/Kaolin)复合材料的机械性能,分别用MM200磨损试验机和MSH型腐蚀磨损试验机研究这两类复合材料的耐磨性.讨论UHMWPE/Kaolin的机械性能和耐磨性与制备方法和高岭土含量的关系.结果表明:UHMWPE/Kaolin的机械性能与制备方法显著相关,由于高度细化和均匀分散的高岭土颗粒的增强作用及较强的界面结合强度,釜内聚合方法制备的UHMWPE/Kaolin的综合性能比熔融机械混合方法制备的成分相同的复合材料的明显要好.进一步的数据分析发现,UHMWPE/Kaolin的耐磨性与机械强度综合指标有显著的相关关系.

盾构推进系统同步协调控制实验分析

设计了一种基于压力流量复合控制的盾构推进液压系统。采用PLC编译了主从式同步PID控制程序,在盾构模拟试验台上进行了同步推进实验分析,比较了两种不同负载下的同步实验情况。实验结果表明采用主从式PID控制策略能够达到很好的同步效果,同步精度达到±3 mm,满足盾构工作需要。

水润滑条件下高岭土填充UHMWPE基复合材料的摩擦学特性

分别用釜内聚合和机械混合两种方法制备高岭土填充UHMWPE基复合材料,对其在水润滑条件下的滑动摩擦磨损特性进行了试验研究,并通过对磨损表面形貌的观察分析,对材料的磨损机理进行了探讨。结果发现,水润滑对UHMWPE/Kaolin—45钢摩擦副的减磨(摩)作用显著;填充适量高岭土可以明显提高UHMWPE在水润滑条件下的摩擦磨损性能;釜内聚合方法制备的UHMWPE/Kaolin的磨损率相对较低,具有广阔的应用前景。

NSVR硬岩隧道掘进机刀盘扭矩预测分析

为了避免硬岩隧道掘进机(TBM)刀盘受困,提出TBM刀盘扭矩的非线性支持向量回归(NSVR)预测模型来指导TBM掘进施工.结合吉林引松供水工程现场掘进大量数据,研究TBM刀盘扭矩与掘进参数间的相关关系,得到刀盘扭矩与围岩类别、刀盘转速和推进速度具有明显相关关系:随着围岩强度由强到弱,推进速度对刀盘扭矩的影响逐渐变弱,刀盘转速对刀盘扭矩的影响逐渐变强.基于这种相关关系,建立刀盘扭矩NSVR预测模型,并将该模型应用于吉林引松隧道工程,对按1∶1划分的19 854个训练样本和19 854个测试样本的刀盘扭矩进行预测.预测结果表明:训练样本集和测试样本集的平均相对预测误差分别为11.3%和12.9%,测试样本集中相对预测误差高于60%的有516个测试样本,占测试样本集总数的2.6%.各项数据表明,在给定刀盘转速、推进速度和围岩类别条件下,建立的刀盘扭矩NSVR预测模型具有较高的预测精度.

基于盾构掘进参数的BP神经网络地层识别

分析3种典型地层中盾构推进力、推进速度、刀盘扭矩、刀盘转速4个掘进参数的变化规律.应用BP神经网络建立一个以相邻2个采样时刻的盾构推进力、推进速度、刀盘扭矩、刀盘转速共8个掘进参数为输入,地层编码为输出的地层识别模型.通过60组训练样本数据对模型进行训练,训练误差控制在8×10-7以内,并用30组预测样本数据对该模型加以预测检验,预测成功率达到93%左右.结果表明,基于盾构掘进参数的BP神经网络地层识别模型能够实现盾构掘进参数与地层之间的良好非线性映射,可以在盾构掘进施工中利用掘进参数实现对地层的在线识别.

微位移控制液压系统建模与模型辨识

为实现微米级别位移控制,采用伺服驱动器、交流永磁同步电动机和位移放大液压缸代替传统伺服阀和泵源,利用位移放大液压缸与执行液压缸的有效面积比,对执行液压缸进行精确定位。针对其液压系统进行数学建模,讨论液压油弹性模量、油液黏度、蓄能器压力与体积等变量对系统动态性能的影响。建立微位移控制系统AMEsim仿真模型,仿真结果表明:液压油弹性模量越大,系统响应越快;油液黏度越大,系统响应越慢;蓄能器压力与体积对系统响应影响微小,仿真结果与数学模型预测相符。设计试验台并在试验台进行液压系统开环扫频特性试验,使用Matlab辨识工具箱对系统试验数据进行模型辨识,辨识结果表明:二阶系统与试验数据的吻合度较高,与数学模型预测相符。基于辨识模型设计的PD控制器在微位移控制综合平台上得到了应用,位置控制偏差范围为-2~1.7μm。

盾构掘进机推进力计算模型

为了解决传统基于经验系数的盾构掘进机总推进力计算公式在确定推力时存在随机性的问题,在分析盾构掘进机总推进力的各种影响因素及计算方法的基础上,以直径为6m的地铁盾构为对象,计算在盾构掘进过程中受到的各种推进阻力,通过对比忽略次要部分,建立盾构推进分项阻力计算模型.利用土压平衡盾构模拟试验台对在黏土和砂土2种土质条件下的计算模型进行验证.结果表明,土压力在推进力计算中发挥关键性作用.为了进一步修正分项阻力计算模型,提出切深率的概念,分析切深率与盾构总推进力之间的关系,确定由土压力与切深率2个重要因素组成的推进力计算模型.

盾构掘进土压平衡控制模型

分析了影响盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土仓压力间的相互关系,采用自适应神经模糊推理系统(ANFIS)建立了一个以推进力、推进速度、土仓压力实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的盾构土压平衡控制模型.在Matlab中利用100组施工现场数据对模型进行训练和参数优化,并采用另外100组数据对训练好的模型加以检验.结果表明,模型预测结果与实测数据吻合较好,说明该土压平衡控制模型能够很好地逼近盾构掘进此类非线性过程,同时可以对掘进参数进行有效的预测控制.

盾构掘进机关键技术及模拟试验台现状与展望

针对盾构机在掘进过程中穿越复杂地质时,负载和动态过程难以用理论模型准确描述的难题,采用模拟试验方法完善盾构设计和取得关键技术的突破.归纳盾构设计和制造中所涉及到的6项关键技术,介绍盾构掘进模拟试验方法及模拟试验中的相似关系,重点论述体现盾构模拟试验技术先进性的模拟试验平台的研制进展和现状.结合工程实际和未来发展趋势,分析并总结现有模拟试验平台存在的局限性,研制具有功能多样且集成度高、模拟地质环境覆盖范围宽、掘进土体边界影响小等特点的新一代盾构综合模拟试验平台.

盾构推进系统液压缸的同步协调控制

提出推进液压系统的同步控制策略,对区间的液压缸采用PID控制,仿真结果表明,PID控制能够满足区间控制的精度要求.针对现有的盾构推进系统分区控制区内液压缸压力同步的情况进行了仿真分析,提出流量同步的协调控制方法,仿真结果表明,流量同步控制可以把同步误差控制在3 mm内.最后对压力同步和流量同步的优劣性进行了比较,结果表明:压力同步在缓变负载下能保持优良特性,但对突变负载而言,其同步性受到很大的影响;流量同步对突变负载能够保持优良的特性,但有一定的能量损耗.

填充聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学特性研究

研究了水润滑下炭纤维、石墨及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料与不锈钢对摩时的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面和磨屑形貌,利用X射线能量色散谱仪分析了磨损表面的元素组成.结果表明:炭纤维含量对摩擦副的摩擦系数影响不大,磨损率随着炭纤维含量的增加而减小;随着载荷增大,摩擦系数先降低而后升高,当载荷较小时,填充聚醚醚酮复合材料的磨损率随载荷增大而缓慢增加,当载荷超过一定值后,磨损率急剧增加;填充聚醚醚酮复合材料在较低载荷下主要呈现疲劳磨损特征,在较高载荷下主要呈现微切削特征.