基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计

由于轴向柱塞泵的非对称结构特性,其输出压力和输出流量存在脉动特性,对液压系统的输出稳定性和可靠性造成影响,因此提出了一种基于多目标遗传算法的斜盘式轴向柱塞泵低脉动结构优化设计方法。首先,通过CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)仿真分析方法,对轴向柱塞泵上/下死点位的压力-流量脉动的产生机理进行了分析;其次,对阻尼槽结构参数对轴向柱塞泵输出压力-流量脉动的影响规律进行了分析,构建了阻尼槽结构的多目标优化模型;最后,求解了低脉动阻尼槽结构。优化后的结构参数:阻尼槽半径为2.21 mm,阻尼槽长度为10.32 mm,阻尼槽错配角为16.54°。优化后压力脉动率为0.59%,相比于优化前的0.75%降低了0.16%,脉动幅值为0.25 MPa;优化后流量脉动率为12.02%,相比于优化前的5.61%降低了43.59%。研究结果为轴向柱塞泵低脉动结构的优化设计提供了有效的理论支持和实践指导。

基于CEEMDAN与t-SNE的轴向柱塞泵典型故障诊断方法

掘进机在非均匀土壤工况下运行会使得其液压驱动系统受到较强的冲击负载,易导致其核心动力源液压泵发生故障。针对轴向柱塞泵内的典型磨损故障的特征分离提取与辨识分类,提出了一种基于CEEMDAN方法的故障振动信号时频域特征提取方法,对泵壳体采集的振动信号进行时频域分解,并构建70维度特征空间对状态特征进行表征描述;通过特征降维融合的策略,采用t-SNE对高维特征进行解析融合,将70维的特征空间降维至2维空间,并显著提升了分类器的训练效率和分类准确性;采用SVM方法训练3类典型磨损故障的分类器模型,并通过测试集验证,模型的辨识准确性达到96.7%,显著优于不进行降维处理的高维分类器辨识模型。

轴向柱塞泵流致噪声传递机理分析

在高压工况下,轴向柱塞泵易产生较大的噪声,其主要成分为流体噪声。提出使用计算声学的方法,对轴向柱塞泵的流致噪声进行仿真模拟。首先,归纳了柱塞泵流体噪声的产生机理与传递路径。然后,构建了柱塞泵的声学仿真模型,对其进行数值模拟。最后,分析了柱塞泵的噪声、振动仿真结果,并通过试验加以验证。结果表明:轴向柱塞泵的流体噪声从内向外逐步传递,并作为激励源,引发内部零件与泵体的振动,进而产生辐射噪声;仿真结果与试验结果误差小于6%,仿真的准确度较高。

轴向柱塞泵变量机构的建模与仿真研究

针对重载大排量轴向柱塞泵的变量机构设计问题,以A4VSG750-HD型轴向柱塞泵为例,采用AMESIM软件实现了其变量机构的建模,通过分析先导控制阀与变量机构的力传递特性,对其变量特性进行了仿真分析。与传统的基于结构的建模方法相比,该方法简化了变量机构的模型,仿真结果准确。

串联式轴向柱塞泵转位角对合流流量脉动的影响

串联式轴向柱塞泵作为工程机械液压作动系统的核心动力源,其输出性能的好坏直接决定整机的操控性能。提出了通过转位角错配的方法来抑制双泵在合流时产生的流量脉动与压力冲击。首先,通过对双泵柱塞孔的几何分布构型分析,划分了7组大小不同的转位角;然后,利用CFD技术,对不同转位角构型的双泵模型进行流场仿真,对比流量-压力特性,得出当串联泵两套转子系统的结构、类型均一致,且柱塞数目为9个时的最佳转位角为20°;最后,对比了带有最佳转位角构型与原始的零错配构型在不同工况下的输出特性,验证优化效果。研究结果表明:串联式柱塞泵在设置最佳转位角构型后,通过运用双泵输出流量之间存在的固定相位差,实现了合流流量的“错峰”叠加效应,并能够满足任何工况条件下的合流脉动性能均优于无转位角构型,抑制脉动冲击效果显著。

基于FMI的轴向柱塞泵分布式联合仿真与动态优化

运用联合仿真的方法能够实时分析柱塞泵的运动学、动力学性能以及液压系统特性,其可广泛应用于柱塞泵产品的设计与优化。针对传统优化过程中分析与优化的离散化、效率低等不足,提出了一种基于功能模型接口(functional mock-up interface,FMI)的轴向柱塞泵分布式联合仿真方法,通过开发自动优化组件,实现对阻尼槽结构参数的迭代优化。首先,进行柱塞泵轴系运动学、动力学分析,建立其运动模型和受力模型,来确定轴系组件的约束关系;其次,搭建了柱塞泵联合仿真模型,研究了柱塞的运动、受力和变形特性;然后,基于云端服务器搭建了柱塞泵分布式联合仿真模型,通过FMI技术实现了各个仿真软件的同步调用;最后,基于云平台架构,开发了柱塞泵阻尼槽优化设计模板,实现了对阻尼槽最优结构参数的求解及其模型自动创建。仿真结果表明,阻尼槽结构优化后,柱塞泵出口流量脉动率降低了35.78%。所提出的方法能有效提高仿真与优化的效率,减轻研发人员的工作负担。

基于NSGA-Ⅱ的柱塞泵阻尼槽多目标参数优化

配流盘的阻尼槽结构,对于柱塞泵脉动抑制与减振降噪优化起着至关重要的作用。提出了基于快速非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)的阻尼槽多目标参数优化方法,对柱塞泵的阻尼槽参数进行优化计算。首先,通过搭建柱塞泵联合仿真模型,求解得到不同阻尼槽结构下的流量特性与变化规律;然后,构建了基于NSGA-Ⅱ的多目标参数优化模型,以柱塞泵的输出流量脉动与斜盘受力冲击均取最小值作为优化目标,进行阻尼槽关键参数寻优。最后,得出优化后柱塞泵的出口流量脉动率相比优化前可降低约35.78%,斜盘合力脉动率降低约9.85%,优化效果较好。通过对仿真结果分析,确定阻尼槽的结构参数对柱塞泵脉动冲击特性影响显著,采用NSGA-Ⅱ算法的多目标参数优化方法,能够有效的求解最优阻尼槽参数,极大提升了阻尼槽结构优化效率。

基于数字底座技术的分布式轴向柱塞泵联合仿真

针对现阶段联合仿真技术离散化程度高、优化迭代过程需要大量重复工作的问题,提出了一种基于数字底座技术的分布式轴向柱塞泵联合仿真方法,基于数字底座技术,能够实现对联合仿真模型进行模板化管理目标,实现设计的零成化管理目标,提升设计效率。首先,对某型大排量轴向柱塞泵的转子轴系的运动学、动力学进行了机理分析,明确了运动组件间的约束关系定义方法;然后,构建了轴向柱塞泵的液压系统动力学联合仿真模型,完成了对泵内组件的运动学、动力学特性的仿真计算;再次,分析了联合仿真的计算结果,对泵内组件在转动周期内的受力、运动特性进行了分析,采用柱塞模型柔性化的方法对柱塞球头结构的薄弱点进行了讨论;最后,采用数字底座平台技术,搭建了柱塞泵的配流盘自动优化设计模板,通过配置功能模型接口,完成了对联合仿真模型的数据调度和多软件的设计-仿真验证-优化的一体化,并构建了多目标遗传算法的阻尼槽结构优化策略模型,实现了阻尼槽最优构型的在线寻优和模型自更新目的。研究结果表明:相比于传统的离散优化设计方法,通过搭建一体化设计优化平台能够极大地提升设计效率,避免了传统优化设计环节中需要对配流盘结构进行多次重复建模的问题,并支持采用Pareto前沿面判断组件求解最优结构参数,可实现优化结果的自动建模目的。

基于多目标遗传算法的柱塞泵阻尼槽多参数优化

斜盘式柱塞泵通过配流盘进行进出口的高低压油液切换,其过渡区域的阻尼槽结构优化设计对于提升泵出口的压力-流量特性至关重要。为了有效地提高阻尼槽结构优化设计的效率,提出了一种基于多目标遗传算法的圆柱形阻尼槽多参数优化方法。首先,对配流盘阻尼槽的构型与柱塞泵的输出压力流量特性的关系进行了理论分析;采用计算流体力学(CFD)方法,对配流盘阻尼槽原始结构的流场压力-流量特性进行了计算,对其出口流量脉动特性与阻尼槽结构的关系进行了分析;然后,对不同阻尼槽结构的流场特性进行了计算,分析了阻尼槽半径、阻尼槽长度以及阻尼槽偏转角对输出压力-流量特性的影响规律;最后,采用了多目标遗传算法,以降低出口流量脉动和压力冲击为优化目标,求解得到了圆柱形阻尼槽的最优结构,并将其与原始结构的仿真结果进行了对比,以验证优化效果。仿真结果表明:最优结构参数为阻尼槽半径2.21 mm、阻尼槽长度10.32 mm、阻尼槽偏转角16.54°,相较于原始结构的仿真结果,压力脉动率降低了0.16%,流量脉动率降低了43.59%,优化效果显著。研究结果表明:通过对仿真结果的分析,阀芯阻尼槽的结构参数对柱塞泵的压力-流量特性影响显著,通过遗传算法对流场模型的计算结果进行优化分析,有效地减少了通过枚举法进行参数优化的建模环节,极大地提升了阻尼槽结构的优化效率。

混凝土泵车臂架EHA系统控制策略研究

针对混凝土泵车臂架系统响应慢、动态性能差等问题,提出了采用电静液执行器(EHA)代替臂架中的传统液压系统,从而提高系统响应速度,减少臂架振动。首先介绍了EHA的工作原理与数学模型,提出了基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略,其次利用AMESim与MATLAB软件搭建了混凝土泵车臂架的机械—液压—控制联合仿真模型,通过对臂架油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真和正弦控制仿真,对比PID控制、模糊PID控制与基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制3种控制策略的仿真结果,结果表明,基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制下系统响应时间减少50%左右,超调量减少67%左右,速度跟踪误差减少50%左右。搭建EHA试验样机进一步验证基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略的有效性。

数字液压阀及其阀控系统发展和展望

作为液压系统中重要的控制元件,液压阀负责实现整个系统的控制功能。随着传感器技术和电子技术的发展,数字阀因其更容易实现计算机控制而日益受到研究者的重视。本文综述了国内外数字液压阀的发展历程、研究现状及应用领域。通过回顾液压阀的控制方式,讨论了新的液压控制技术在数字阀领域的应用。并以可编程阀控单元为例,说明了广义数字阀的技术特点。最后,对数字阀的发展前景进行了预测:模块化、高响应、高效率是今后发展的方向。

基于电流反馈的高速开关阀3电压激励控制策略

为了提升高速开关阀(HSV)的动态性能,降低温升与能耗,提出基于电流反馈的高速开关阀3电压控制策略.回路中的电流能够反映高速开关阀的工作状态,通过外部的数字信号及回路中的电流反馈信号,实现3电压之间的自动切换,确保线圈中的电流始终处于能够维持高速开关阀快速启闭的最优化状态.通过理论分析验证了基于电流反馈的3电压控制策略,能够有效地提升高速开关阀的动态特性并降低温升和能耗.运用Ansoft和AMESim搭建高速开关阀的联合仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性,且与样本数据保持一致.结果表明,基于电流反馈的3电压控制策略将高速开关阀的开启时间减少了35.3%,关闭时间减少了25.0%,最大可控频率提高了146.7%,可控占空比范围扩大了54.0%,平均功率降低了70.4%.

生物3D打印装置及打印模型形貌检测

为了能够实时观测生物3D打印全过程,并对打印模型的形貌进行检测及重建,设计集成式生物3D打印机检测系统.通过开发具备视频监测功能的打印喷头,实现对打印模型的在线检测.采用色散共焦位移测量技术,通过对打印模型X、Y轴的位置信息及Z轴的高度信息进行扫描得到测量数据,并结合MountainsMap实现打印模型的形貌重建.使用LabVIEW完成上位机操作系统的设计,建立G-code与打印模型的映射关系,实现打印轨迹的可视化,确保在程序运行到当前代码段时打印模型的准确性.通过实验验证生物3D打印机的在线检测功能,对网格状及凸台模型的表面进行形貌检测,结果表明检测系统能够实现对打印模型的形貌检测.打印模型表面形貌特征的可视化数据为构建精准打印模型提供数据支持,计算机视觉技术为高精度生物3D打印提供有效的检测手段.

重载柱塞泵球面配流副承载特性研究

高压(>35 MPa)、大排量(>500 mL/r)的轴向柱塞泵是大断面隧道掘进装备刀盘驱动系统的核心动力源,在高压、大排量的工况下,轴向柱塞泵的配流副油膜是最易损的摩擦副结构,直接影响柱塞泵的可靠性。为此,针对大排量轴向柱塞泵中球面配流副结构的设计问题,对不同结构配流副的承载特性及压力流量特性进行了研究。首先,采用计算流体力学(CFD)方法,构建了轴向柱塞泵整泵的流场模型,对油膜内关键节点的受力及压力流量特性进行了求解,并通过与台架实验的压力出口数据,对比验证了仿真模型边界设置的准确性;然后,对比分析了不同配流副结构的出口压力流量特性,分别对平面配流副、锥面配流副和球面配流副的泄漏特性及其承载特性进行了计算;最后,分析了不同曲率半径的球面配流副在出口压力流量特性、泄漏特性及承载特性方面的差异,提出了球面配流副结构的优化方案。研究结果表明:在泄漏和承载能力方面,球面配流副均优于传统的平面配流副,并且球面曲率半径会直接影响配流副的泄漏和承载特性;针对排量为750 mL/r的大排量轴向柱塞泵,其最优的球面曲率半径为455 mm,此时的脉动率为13.6%,油膜的承载力达76 kN,此时的球面配流副具有最优的承载特性。

基于SVR的轴向柱塞泵配流盘三角槽结构优化

为优化轴向柱塞泵的输出动态特性,提出了一种基于支持向量回归机(SVR)的柱塞泵配流盘三角槽结构优化方法。首先,根据轴向柱塞泵的工作原理对其输出特性进行建模,并通过试验对仿真模型的准确性和可行性进行验证,试验与仿真结果误差约为0.31%,理论模型与试验具有较好的一致性。然后,通过计算获取不同配流盘三角槽结构条件下的样本数据,基于SVR模型找出柱塞泵出口流量脉动与三角槽的深度角、宽度角间的对应关系,计算得到深度角与宽度角的最优解分别为11.2°和51.7°。最后,在相同工况条件下,将三角槽结构优化前和优化后计算结果进行对比分析,结果显示,柱塞泵优化后的流量脉动相比优化前降低了1.87%,为制作新产品缩短了研发周期和成本。

基于计算流体仿真的双作用叶片泵气蚀机理分析

双作用叶片泵在高转速工况下,其高压油液出口三角槽附近易发生空化现象,严重时会发生气蚀,破坏配流盘表面,带来尖锐的噪声并缩短叶片泵的使用寿命。本文针对双作用叶片泵的空化气蚀现象,利用计算流体力学仿真分析,对双作用叶片泵流场进行建模分析。引入动网格技术并通过用户自定义函数对叶片绕定子转动的运动规律进行约束,实现对双作用叶片泵流场动态特性的分析。在不同转速和压力条件下,计算分析双作用叶片泵流场的压力分布及速度矢量分布,得出配流盘发生气蚀的原因是配流副间隙内局部低压流场的存在,其发生位置在配流盘高压出口容腔三角槽前方,与实际试验具有一致性。