飞轮储能用永磁同步电机温度场分析

针对飞轮储能用永磁同步电机散热困难的问题,以某额定功率为300 kW、转速为10000 r/min的永磁同步电机为研究对象,利用磁热耦合的方法,对永磁同步电机的损耗和温度场进行模拟及测试分析,研究永磁同步电机的损耗及电机热分布;利用热仿真模型,研究电机关键部件散热的影响因素。结果表明:高温主要集中于永磁体及绕组区域;减小流道宽度、增大流道数目以及增大流道圆角半径可有效提高定子散热性能;辐射率越高,永磁体散热性能越好;改进电机结构后,永磁体最高温度下降10.5%。研究结果可为永磁同步电机的设计及散热优化提供参考。

电动静液作动器的非线性变阻尼积分滑模控制

对于电动静液作动器(EHA),传统滑模控制器存在加速度信息难以获取,参数不易整定和控制信号抖振等问题,从而造成控制器很难应用于实际。针对以上问题,利用奇异摄动理论对EHA数学模型进行合理的降阶,从而使控制器设计避免了使用加速度信息。在此基础上,利用降阶模型设计了一种新型非线性变阻尼积分滑模控制器(NSMC),该控制器可根据位置控制误差实现系统阻尼比由欠阻尼到过阻尼的自适应调节,能有效提高位置阶跃调节性能。设计了一种基于滤波器的不确定项估计器对EHA中存在的参数不确定性和外部扰动进行实时估计并补偿。滑模面积分项的引入和不确定项估计器的使用,一方面使控制器中无需使用切换函数,实现了EHA的无抖振滑模控制,另一方面使系统整个动态过程完全表现为滑动模态,从而可根据EHA控制指标直接整定滑模面参数,大大简化了参数整定过程。同时利用Lyapunov稳定性理论对整个闭环系统和滑模面的稳定性进行了详细分析。分别与PI控制器、传统滑模控制器(SMC)和传统变阻尼滑模控制器(DVSMC)进行了详细的仿真分析比较,仿真结果表明NSMC能有效提高EHA位置跟踪性能和增强对参数不确定性和外部扰动的鲁棒性。

液阻全桥网络负载口独立电液系统节能控制策略仿真

针对传统电液控制系统节流损失大、能耗高、效率低的问题,采用液阻全桥网络搭建了具有负载口独立控制特性的新型电液控制系统,详细研究了该系统在典型四象限负载下的节能控制策略。液阻全桥网络电液系统由5个二位二通比例阀组成,根据其具有的负载口独立控制特性,将系统归纳为传统三位四通、负载口独立和负载敏感3种控制模式。传统三位四通下,两负载口开度控制模拟三位四通进出口耦合形式;负载口独立模式下,采用一腔控制流量另一腔阀口全开的控制策略;负载敏感模式下,控制泵出口压力比进油腔压力高一个定值,从而实现负载敏感功能。在超越负载下,3种模式都使用流量再生回路进行节能控制。AMESim+Matlab联合仿真结果表明,与传统的三位四通模式相比,三位四通流量再生、负载口独立、负载口独立流量再生、负载敏感模式分别节能43.38%、65.27%、77.91%、83.58%。

压缩感知在斜轴式马达声强成像中的应用研究

斜轴式轴向柱塞马达内部噪声源距离较近,如马达配流盘进、出油口间的距离为38 mm,且马达噪声源存在同频及倍频现象。斜轴式马达内部密集复杂的噪声源,导致频谱分析方法难以准确识别同频及倍频信号,传统声强测量的最高分辨率为50 mm,无法满足马达内部噪声源的辨识精度要求。针对传统方法难以准确辨识马达噪声源的问题,文中提出了一种基于压缩感知的声强测量方法,将压缩感知理论运用于声强云图高精度重构中,获取马达高分辨率的声强重构图像。首先,通过对斜轴式马达进行噪声辐射仿真分析,获取其外表面声场特性;然后,以马达外表面声强云图为先验信息,设计应用于马达声场的压缩感知框架,获取高精度重构马达声强云图;最后,通过马达传统声强测量与压缩感知声强测量的对比实验验证压缩感知理论对于提高马达噪声源辨识精度的可行性。结果表明,基于压缩感知的声强测量方法将马达噪声源辨识尺度从原来的70 mm提升至30 mm,提高了马达噪声源的辨识精度,实现了马达噪声源的高精度定位。

喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

大功率履带越野车用液力变矩器循环工况构建

为解决液力变矩器的传统稳态试验工况同实车工况契合度不高、无法反应实车上运行状态的问题,提出了一种大功率履带越野车用液力变矩器循环工况。在某型履带车辆实车工况数据基础上,统计分析液力变矩器在实车运行中的工况特征,选取了12个统计特征参数和10个比例特征参数,利用主成分分析法对工况数据进行了降维处理,通过无监督学习中的K均值聚类算法完成了数据片段的聚类分析,使用动态规划方法整合闭锁工况,获取典型工况片段用于循环工况重构,利用汉宁窗对片段进行平滑连接。以循环工况与总体数据主要特征值平均误差、连接处转速差值总和及斜率差值总和为目标,借助模拟退火和多目标粒子群算法进行优化,构建基于实车数据、契合液力变矩器实车运行特征的循环工况。结果表明,最终所得工况由叶轮转速——时间和闭锁信号——时间组成,主要特征参数平均相对误差为2.92%,与实车数据的工况特征表现一致。本研究成果为设计液力变矩器的可靠性试验工况提供了一种新的思路和途径。

电液振动台加速度时域波形自适应控制策略

针对电液振动台加速度时域波形复现精度低的问题,提出了一种基于内环前馈逆补偿和外环非线性滤波的在线自适应控制策略。首先,构建了电液振动台伺服驱动机构模型,采用三状态控制策略获得了初步加速度控制性能;其次,基于多新息遗忘梯度算法辨识了三状态控制下系统参数化模型,利用零幅值跟踪技术构建了内环前馈逆补偿策略,拓展了系统频宽,降低了相位滞后误差;然后,引入了外环非线性Volterra自适应滤波算法,抑制了电液振动台模型参数偏差、非线性动态特性和不确定性扰动的影响;最后,在搭建的水平单轴电液振动台上开展了时域波形复现对比实验。结果表明,提出的自适应控制策略与传统策略相比具有更优越的加速度时域波形复现精度。

斜盘式轴向柱塞泵空化特性分析

针对斜盘式轴向柱塞泵的空化现象,建立了斜盘式轴向柱塞泵全流域模型,采用计算流体力学方法研究了全流域空化特性分布,分析了排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角等工况参数对全流域空化特性的影响规律。研究表明:空化主要发生在吸油区的吸油口、配流盘和柱塞腔区域,空化随气相体积分数增大而加重;排油口负载压力由10 MPa增至30 MPa,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.28%增至6.68%、5.91%增至7.13%、10.03%增至11.23%;缸体转速由2 200 r/min增至3 000 r/min,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.39%增至6.41%、6.26%增至10.54%、7.13%增至10.16%;斜盘倾角由3.64°增至5.64°,吸油口、配流盘和柱塞腔气相体积分数峰值分别由6.34%增至6.41%、14.7%降低至13.9%、10.16%增至11.66%。斜盘式轴向柱塞泵在实际设计中,排油口负载压力、缸体转速和斜盘倾角的取值在合理范围内越低越好,斜盘倾角取值存在最优区间。

表面活性剂流体的空化-冲蚀耦合射流试验研究

为了研究赫姆霍兹空化喷嘴的射流机理,依据空化射流理论,以低黏度黏弹性表面活性剂(VES)溶液为介质,基于Schnerr-Sauer空化模型与DPM模型对赫姆霍兹自激振荡空化喷嘴进行流场仿真,对添加颗粒后的VES空化-冲蚀耦合射流近壁面流场特性与颗粒撞击壁面的运动特性进行了数值模拟,并通过淹没射流试验台开展空化-冲蚀耦合射流试验,探讨了VES溶液空化-冲蚀耦合射流对靶材的冲击特性。结果表明:相比于清水,VES射流能够提供更高的冲蚀速率,为清水冲蚀速率的1.37倍,达到3.29×10^(-3)kg/kg;同等条件下,空化喷嘴的冲蚀速率为7.47×10^(-4) kg/kg,略小于流线型喷嘴,但空化喷嘴对靶材的冲蚀凹坑直径为10.5 mm,大于流线型喷嘴的7.5 mm,并且空化喷嘴对靶材的的冲击形貌为V形,相比于流线型喷嘴的W形,更有利于钻井破岩。通过分析空化作用及流体性质对靶材冲蚀特性的差异,阐述了VES溶液空化-冲蚀耦合的射流机理,研究成果为基于VES的空化-冲蚀耦合射流辅助钻井以及提高井下破岩效率提供了新的思路。

多执行器载荷差异储能均衡系统特性

针对阀控多执行器复合作业系统节流损失大、动势能浪费严重等问题,提出一种多执行器载荷差异储能均衡原理。首先对多执行器系统功率分配特性进行分析,明确了载荷差异产生节流损失的原因是动力源压力与最大负载相匹配,导致其他执行器控制阀产生过大的压力损失。然后建立了载荷储能均衡液压挖掘机联合仿真模型。并设计电液储能单元控制各执行器进油腔的压力相等,从而消除执行器载荷差异造成的节流损失。在动臂、铲斗同时动作时,与流量匹配系统相比,所提系统节流损失降低达75%,系统效率提升39%;同时,电液储能单元实现了传统压力补偿器的压差调控功能,显著提升了系统运行平稳性。

基于深度神经网络的电液伺服泵控系统健康评估研究

电液伺服泵控系统具备功重比高、响应快等优点,在多领域得到广泛应用,但如何针对该系统开展更有效健康评估,进一步保障系统的安全性和可靠性成为必须面对的问题。按照明确原理、建立数学模型、建立仿真模型、仿真分析的思路针对健康评估方法开展研究,提出油液体积含气量、气隙磁密、泄漏系数3个健康评估指标并确定阈值,构建了LGA(LSTM-GRNN-ANN)深度神经网络健康评估方法并进行仿真分析,结果显示该方法准确率约为97.48%,比LSTM、GRNN健康评估方法具有更高的准确率,为继续深入开展电液伺服泵控系统健康评估的研究提供了理论支持。

考虑阀芯阀套径向间隙的对称均等负开口液压滑阀压力特性分析

考虑阀芯与阀套之间的径向间隙,建立具有对称均等负开口量的液压滑阀压力特性数学模型,得到了负开口滑阀的压力特性曲线族及其基本特征,分析了径向间隙和负开口量对滑阀压力特性的影响。结果表明:具有负开口量的液压滑阀的压力特性曲线在阀芯位移等于负开口量处存在拐点,在拐点前假设为层流流动,因此负载压力随阀位移变化曲线是线性的,在拐点后为紊流流动,因此负载压力与阀位移成非线性关系;负开口滑阀可弥补阀芯阀套径向间隙的泄漏量,其压力增益随着负开口量的增加而降低;所建立的数学模型,可为电液伺服阀、高端比例阀以及多路滑阀的研制和分析提供技术支撑。

油罐车自主加注臂密封圈响应面优化及分析

为了提高油罐车自主加注臂前端快接装置的密封性能,设计了一种内胀式橡胶密封圈,并结合响应面法和有限元法对密封圈进行了优化和分析。首先,基于有限元软件ANSYS Workbench对密封圈进行建模和仿真,研究了密封圈的倒圆半径、厚度和压缩量对密封圈性能的影响;然后,将密封圈与管壁的接触面积、接触压力和所受等效应力作为优化目标,利用Design⁃Expert软件建立了密封结构的优化模型,并通过多目标优化获得最优设计方案;最后,进行了密封圈优化前后的性能对比和分析。数值测试表明,在最大3 MPa介质压力下,优化后密封圈的接触压力提升了1.3 MPa,有效接触面积更大,且接触带更加集中,有利于实现快接装置和油罐车加注口的有效密封,同时等效应力降低了4.3%,有助于延长密封圈的使用寿命。

正负脉冲电压驱动的电磁螺纹插装阀动态特性分析

提出了一种基于PWM技术的正负脉冲电压控制策略,用于提高锥阀式电磁螺纹插装阀启闭动态响应速度,使其满足数字液压技术的要求。在分析电磁螺纹插装阀结构和工作原理基础上,建立了电磁螺纹插装阀的数学模型,并在AMESim软件中搭建电磁螺纹插装阀及其测试系统的多物理场耦合建模,研究不同正负脉冲电压持续时间条件下电磁螺纹插装阀线圈电流、阀芯位移、电磁力的变化规律,确定了电磁螺纹插装阀响应速度最快时正负脉冲电压控制策略的最优控制参数。利用半实物仿真系统搭建SCV硬件在环测试实验台,对所提正负脉冲控制策略进行验证。实验表明,与常规电压控制策略相比,当正负脉冲电压控制策略中正负脉冲电压持续时间都为10 ms时,电磁螺纹插装阀的开启时间由30 ms缩短到13.5 ms,其关闭时间由139 ms缩短到14 ms。研究结果为电磁螺纹插装阀的高响应化和数字液压技术的发展提供参考。

基于分形理论的静压支承滑靴系统摩擦自适应特性分析

静压支承滑靴副比一般的滑动摩擦副具有更好的摩擦自适应特性,对滑靴的早期磨损有一定的修复效果,但其摩擦自适应机理目前尚不明确。为此,基于分形理论,采用分形维数、尺度系数等分形参数描述滑靴表面形貌,对摩擦自适应过程进行理论分析,开展磨损试验并以分时段更换试件的试验方法观察分形参数的变化情况,得到分形参数对摩擦学特性的影响规律,揭示滑靴摩擦自适应机理。结果表明,滑靴副在发生早期磨损后,分形维数呈增大-减小-再增大-再减小的变化过程,尺度系数和摩擦系数呈减小-增大-再减小-再增大的变化过程,滑靴在早期磨损阶段呈现出显著的摩擦自适应特性,其表面性能表现出劣化-修复-再劣化-再修复的变化特征。

低速水下机器人水动力试验系统设计

针对低速水下机器人模型试验测取水动力特性的需求,设计一款满足相似理论要求的室内小型低速开口式直流水洞;利用Fluent软件仿真得到试验段各截面速度分布云图,选出满足试验条件的截面范围;搭建试验平台并进行流场标定,结果表明稳流段速度达到2 m/s,稳流段的流场均匀且稳定,范围大于200 mm×68 mm×300 mm,满足阻塞率不大于25%、试验段长度通常是模型长度3倍的要求,验证了仿真结果的正确性且满足预期水下机器人模型试验的要求。此试验系统适用于速度不大于2 m/s,模型长不大于200 mm,模型来流方向的横截面积不大于5000 mm^(2)的试验条件。

电动装载机转向系统电液流量匹配控制策略

针对电动装载机优先型流量放大转向系统单动工况下节流损耗严重的问题,提出了一种电液流量自适应匹配的节能型控制策略。首先,介绍了优先型流量放大转向系统工作原理;其次,建立转向系统能量损失模型;然后,提出转向系统电液流量匹配控制策略,实现液压泵输出流量与转向系统需求流量的匹配,并构建液压泵流量非线性映射补偿模型,提升流量控制精度;最后,利用AMESim软件搭建系统仿真模型,与原系统对比仿真分析。结果表明:改进后系统流量损耗降低62.68%,能量损耗减少65.26%,节能效果显著,为电动装载机的推广应用奠定基础。

调节阀多测点空化诱导振动敏感性分析

针对调节阀阀体不同测点处对流道内空化敏感性存在差异问题,开展了不同测点处空化诱导振动的差异性研究和空化发展状态敏感程度分析。搭建了调节阀空化振动加速度信号采集试验平台,同步采集了多测点处调节阀空化诱导振动的加速度信号。提出了加速度级比率和重心频率两个表征参数,并利用1/3倍频程谱对调节阀空化振动信号频谱进行划分,最终得到对空化发展最敏感的频带和测点位置。结果表明:调节阀阀体同一表面测点振动信号呈现相似性,不同表面测点信号差异性较大,即调节阀振动信号表现为各向异性;空化状态的发展主要引起中心频率10000 Hz以上的频带振动强度增大,适合作为监测调节阀空化状态的特征频带。

机械反馈式伺服阀流量测试动态缸参数选用分析

相比电反馈伺服阀动态特性可直接通过阀芯位移响应测试获得,机械反馈式流量伺服阀的动态特性,通常需利用动态缸作为流量传感器间接测量获得。测试结果受动态缸泄漏、阻尼、质量惯性等固有非理想化因素的影响,通常无法准确表达伺服阀本身的性能指标。基于一套实际阀控缸系统,建立Matlab-Simulink仿真模型,解析获得的频带宽结果相比实测结果误差小于0.5%,由此建立了可准确表达阀与缸性能特性的仿真模型。在此基础上,理论给出了伺服阀本身的频率特性指标,即无泄漏无阻尼及无限刚度动态缸条件下的系统频率特性。以此为依据,分析了实际动态缸活塞质量、活塞粘性阻尼以及泄漏变化情况下,阀控缸系统频率特性偏离理想条件的变化规律。

微小流量旋转直驱伺服阀传控特性分析与优化

针对无人机、战术弹、支线民航等小型飞行器航空发动机燃油计量系统与推力矢量系统微小流量的伺服控制需求,就旋转直驱伺服阀偏心球副传动接口与非全周节流阀口等关键结构进行了尺寸约束设计分析,并就节流阀口宽度、球副偏心距以及驱动电机转动惯量等重要参数进行了优化分析,给出了伺服阀结构设计的优化区间。在此基础上,研究提出了电机转角与电流双闭环控制方法,幅频响应实测结果与理论分析较为一致,200 Hz以上高频响应满足实际需求,且双闭环控制方法大幅降低了伺服阀响应超调并提升了稳定性。