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。

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。

双向柱塞泵双向缓冲槽结构优化设计

轴向柱塞泵的高低压切换通过配流盘结构实现,配流盘上的缓冲槽结构对于降低压力冲击与流量脉动至关重要。为了优化双向柱塞泵的缓冲槽结构参数,分析了缓冲槽结构对出口压力-流量特性的影响规律,计算了在单缓冲槽结构下柱塞泵转向调节时的压力-流量特性,得到优化构型。首先,对缓冲槽的构型与泵输出压力-流量特性的关系进行了理论分析,采用CFD方法对采用单向缓冲槽结构的整泵流场压力-流量特性进行计算,对缓冲槽结构参数与出口流量脉动特性的影响规律进行了研究;其次,对单向和对称式的缓冲槽结构的流场特性进行了计算,探究了在柱塞泵正、反转工况下,缓冲槽结构对配流特性的影响规律;最后,通过多目标优化算法寻优,计算缓冲槽的优化结构参数,降低了柱塞泵出口的压力-流量脉动。结果表明,对于需要同时应对正反转工况的柱塞泵结构而言,其配流盘缓冲槽结构需要采用轴对称构型,同时前后缓冲槽的结构参数保持一致将有助于获得更稳定的压力-流量特性;前后缓冲槽的优化后宽度角为82.3°,深度角为12.7°,优化后的压力脉动率为0.3%,流量脉动率为13.7%。

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。

一种大型液压轴向柱塞泵的优化

以750 mL/r轴向柱塞泵为研究对象,对其在35 MPa高压、1600 r/min高转速工况下试运行出现的关键部件磨损、黏铜、损坏等现象进行分析。通过优化关键部件的结构参数,提高结构件硬度、表面粗糙度等措施,并依据行业标准进行出厂试验和型式试验,相比优化前试验结果,优化后的关键性能参数如溢流特性和摩擦磨损特性等得到明显改善,证实了优化方案的有效性。

基于能量增强的双斜式轴向柱塞泵滑靴磨损故障诊断方法

针对盾构机等大型设备用双斜式轴向柱塞泵故障诊断中滑靴磨损故障特征信号易被湮没的问题,提出了一种基于能量增强的双斜式轴向柱塞泵滑靴磨损故障诊断方法。首先,考虑到双斜式柱塞泵滑靴磨损会造成轴向、径向两个方向的振动,对发生滑靴磨损故障下的泵的力学特性进行分析,确定了敏感频率范围;其次,考虑到故障信号易被湮没,将轴向和径向的振动信号分别进行小波包分解,进而得到轴向和径向的振动信号的能量谱,并将轴向与径向敏感频率范围内的能量谱进行叠加,增强故障特征;最后基于试验数据进行验证,对比正常状态与滑靴故障状态下的能量谱,可以有效提高故障诊断的准确度。

轴向柱塞泵球面配流副可靠性评估

球面配流副结构紧凑、承载面积大、抗倾覆力矩能力强,是高压大流量柱塞泵常用结构之一,其可靠性评估是柱塞泵可靠性的关键部分。提出一种对柱塞具有一定倾斜角度的球面配流副的疲劳裂纹和磨损退化的可靠性评估方法。建立球面配流副油膜的分布模型,获得内外密封带的压力表达式,实现配流副的受力分析。通过球面配流副ANSYS仿真模型并分析缸体薄弱环节,基于Miner准则对缸体进行疲劳可靠性分析。基于逆高斯理论计算球面配流副的磨损可靠度。最后将疲劳可靠性和磨损可靠性相结合,研究其整体可靠性。研究结果表明:柱塞倾斜的轴向柱塞泵的球面配流副的最薄弱环节为高低压腔孔交界的尖角处,在给定的应力条件下,存活率为50%时,该设备的最低循环次数为4.839×109次,缸体寿命为31 839.52 h;整体应力循环次数的数量级与疲劳和磨损可靠性中循环次数数量级较低的一致,因此在多种可靠性相结合时,整体可靠性降低。

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。

大排量柱塞泵滑靴副摩擦学性能研究

目的探究大排量柱塞泵滑靴副因底面尺寸大的特点所产生的不同于常规柱塞泵滑靴副的摩擦学性能。方法首先,在考虑大底面滑靴高速旋转时形成线速度差的基础上,结合热楔效应以及热传导关系,建立一种在剩余压紧力状态下大排量柱塞泵滑靴副摩擦力的数学模型。其次,仿真分析柱塞腔压力、主轴转速以及油液温度对滑靴副摩擦力的影响。最后,搭建滑靴副摩擦力测试装置,并测量滑靴副所受摩擦力,验证所建立的滑靴副摩擦力数学模型的准确性。结果滑靴副的总摩擦力由黏性摩擦力和犁沟力2部分组成。随着转速的升高,滑靴副的总摩擦力会降低,犁沟力的占比逐渐增大,当转速由800 r/min上升至1800 r/min时,犁沟力所占比例由3.4%上升至11.9%。随着压力的升高,滑靴副的总摩擦力上升,犁沟力所占比例增大,当压力由3 MPa上升至9 MPa时,犁沟力所占比例由0%上升至21.5%。随着油液温度的升高,滑靴副的总摩擦力上升,犁沟力所占比例增大,当油温由25℃上升至55℃时,犁沟力所占比例由4.0%上升至17.1%。结论研究揭示了黏性摩擦力在滑靴副所受摩擦力中的主导作用和犁沟力对摩擦力变化趋势的影响作用,仿真和试验结果的一致性表明所建立的数学模型能够准确描述大排量柱塞泵滑靴副摩擦力影响因素和变化规律。

球面配流副油膜动态耦合建模及求解方法

柱塞泵摩擦副多场耦合建模及求解是柱塞泵失效机理研究及可靠性提升的基础,针对双斜式柱塞泵球面配流副多场耦合模型求解难的问题,提出油膜厚度场-压力场-温度场动态耦合模型及求解方法。在球面配流副受力分析的基础上结合雷诺方程和能量方程建立球面配流副油膜厚度场-压力场-温度场耦合模型;基于有限差分法和牛顿迭代法求解动态耦合模型,温度场、压力场、厚度场间相互耦合变化;通过仿真求解,与现有模型进行对比,结果相近且更符合实际,验证了所提模型及求解方法的有效性。

基于机器人支撑的柔臂掘进机伺服液压系统

硬岩掘进机常用于隧道施工,但刀盘形状固定,掘进时无法改变掌子面形状,造成应用场景受限。鉴于此,基于机器人支撑的柔臂掘进机逐渐得到应用。针对该柔臂掘进机可改变运动姿态,适用于大负载工况等特点,采用比例伺服控制系统,通过传感器将执行机构位移反馈至比例伺服阀,与给定信号对比后调整阀芯开口实时纠偏末端位姿。该系统满足了掘进机推进系统在控制时,精度更高、响应更快、稳定性更强的要求。

硬岩掘进机高压水耦合破岩影响因素实验研究

硬岩掘进机(TBM)在硬岩甚至超硬岩段掘进时,采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的新的研究方向。由于高压水射流破岩受诸多因素影响,作用规律复杂,其破岩机理一直未能被准确揭示。主要利用正交实验方法研究水射流压力、喷嘴直径、喷嘴移动速度对破岩沟槽深度与沟槽宽度的影响,同时结合刀盘贯入度优化水射流压力、喷嘴直径、移动速度等关键参数,探索高压水射流与岩石耦合破岩规律,为进一步揭示破岩机理提供依据。

超大断面矩形盾构电液控制集成技术研究

由超大断面矩形盾构的工况提出了相应的液压控制系统原理图,根据控制原理建立了系统的数学模型、控制系统方框图,并给出了控制系统传递函数;利用AMESim仿真软件对该系统进行了仿真分析和得出了相应结论。

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。

泥水平衡盾构机破碎机液压元件故障分析及改进方法

泥水平衡盾构机配置的破碎机,主要用于破碎在掘进过程中产生的大粒径岩石。破碎机是泥水平衡盾构机中的关键部件之一,其工作环境恶劣、工作时间较长、液压系统压力高,液压元件容易损坏,本文分析破碎机液压元件故障原因,并提出改进方法。1.盾构机及其破碎机结构（1）泥水平衡盾构机泥水平衡盾构机掘进时在掘进舱内输入泥浆,该泥浆以较高的压力平衡地面下沉产生的压力,防止地面下沉,因此该种盾构机适用于严格控制地表沉降的工程,

掘进机轴向柱塞泵寿命预测及可靠性评估

掘进机常用于隧道施工,不断向大型化方向发展,功率需求越来越大,对驱动系统的核心部件泵提出了高压力、大排量的需求。泵的寿命及可靠性直接影响到掘进机的技术水平。基于此,提出了一种针对某国产轴向柱塞泵的寿命预测方法,建立加速寿命模型,通过加速试验提取关键特征参数,获取泵的加速寿命,并计算出泵在额定工况下的寿命。通过泵在掘进机中的实际搭载应用,验证寿命预测的准确性,并依据泵的预测寿命完成置信区间的可靠性评估。

盾构主驱动液压系统效率研究

对现有的盾构主驱动系统液压原理图进行分析,根据主驱动系统实际工作特征建立数学模型并理论分析推导系统的特点,再根据实际使用案例,计算出主驱动液压系统的常用工况效率,然后利用AMESim仿真软件对主驱动液压系统的简化模型进行系统功率仿真分析,最后跟案例计算的效率进行复核,并总结出关于主驱动液压系统效率情况的结论,指导实际生产和应用。

盾构低温始发注意事项

盾构在北方的寒冷气候下始发掘进时,低于一定程度的气温会对系统造成很大影响,必须制定针对低温的始发方案。通过对盾构设计参数及调试过程总结分析,并对循环水系统、油脂系统、油液系统、泥水环流系统、电气系统等方面进行了分析、总结,对不同系统进行归纳,采取适当的措施,对类似情况提供应用参考。