基于Hessian局部线性嵌入和MLP-Mixer的液体火箭发动机涡轮泵轻量化故障诊断框架

作为液体火箭发动机推进剂输送系统的关键部件,涡轮泵的运行状态直接影响着整个运载系统的性能,然而,现有的故障诊断方法往往面临特性参数选择片面及计算复杂度高等问题。针对上述局限,提出了面向涡轮泵的轻量化故障诊断框架。所提方法利用Hessian局部线性嵌入算法对信号时域、频域及时频特征进行降维,并引入一种轻量化的深度学习模型MLP-Mixer作为分类器,进而实现不同故障状态的辨识。采用某型号涡轮泵试车数据验证了所提方法的有效性,结果表明,该方法能够在保障诊断精度的同时有效降低计算复杂度,提高诊断效率。

航空发动机用滑油泵组碟簧压紧有限元分析

为保证滑油泵组关键部件配流盘与偏心泵体的稳定压紧及泵盖的安全性,依据GB/T 1972—2005标准,选用2只单片碟簧以精准对合方式安装于滑油泵组上.在考虑潜在温度场热变形的影响下,采用热固耦合方法,基于Workbench平台对滑油泵组在不同碟簧初始压缩量(0.6,0.7,0.8,0.9 mm)下进行有限元分析.研究结果表明:当初始压缩量小于0.7 mm时,滑油泵的主要部件受到的压紧力较小,主要受油液周向推力的影响;随着初始压缩量从0.7 mm增至0.9 mm,预压缩端的变形量呈现相应的增长趋势,同时滑油泵体挡板所承受的轴向力也随着初始压缩量的递增而呈现线性增长的规律;在此过程中,配流盘与偏心泵体所受到的轴向推力随着初始压缩量的增大而逐渐增大,确保其能够有效地被压紧且泵盖保持完好无损.研究结果不仅为滑油泵组的初始安装提供了理论依据,而且有助于指导实际工程应用中的安装操作,从而确保滑油泵组的正常运行与使用寿命.

螺旋缝隙泄漏双向流固耦合方法

针对螺杆泵泄漏机理,利用数值模拟加数据拟合方法,提出了一种针对螺杆泵螺旋微小缝隙泄漏的双向流固耦合模拟方法.利用此方法,对比了单向流固耦合和双向流固耦合方法在螺杆泵泄漏计算结果的偏差,计算结果表明,间隙越小偏差越大,间隙为0.500 mm时两结果相差20.3%,说明螺杆泵这种刚柔配合螺旋缝隙泄漏必须利用双向流固耦合求解才能获得准确结果.随后利用双向流固耦合方法对三维螺杆泵模型进行有限元分析求解,研究了初始间隙、流体介质黏度、螺杆泵单级腔室压差、进出口压力对螺杆泵泄漏的影响.结果显示:泄漏量随初始间隙的增大而增大,随流体介质黏度的增大而减少;进出口压力变化对螺杆泵泄漏影响很小,可以忽略;腔室间的压差造成橡胶定子变形形成间隙,间隙随着压差增大呈线性增大.最后利用双向流固耦合方法计算了不同举升压力螺杆泵的容积效率,与试验结果对比误差在±5%以内.

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。

导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响

为提高导叶式液力透平的运行稳定性,研究导叶几何参数对液力透平压力脉动的影响。在IS80-50-315型低比转速离心泵反转作液力透平叶轮进口前添加径向导叶,对导叶出口角、叶片数和径向高度采用正交试验设计的方法匹配相同叶轮形成新的液力透平模型,利用CFX软件在蜗壳内、导叶与叶轮间隙和叶轮上沿周向设置监测点进行定常和非定常数值计算,对定常计算结果进行极差分析,得出导叶几何参数对液力透平性能影响的主次因素,形成最优方案组合,并对非定常数值计算压力脉动结果进行时域和频域分析。结果表明:径向导叶几何参数组合对水力效率和水头的影响均为叶片数>径向高度>出口角;导叶式液力透平的压力系数在导叶与叶轮间隙上最大,其次在叶轮上,蜗壳内部压力系数最小;当叶轮叶片数相同时,径向导叶出口角和径向高度的值在合理范围内选取较小值时,有利于降低导叶式液力透平的压力脉动幅值和提高运行稳定性。

基于MATLAB的六极并联齿轮泵优化设计及分析

针对普通外啮合齿轮泵流量脉动品质差、质量大、成本高等问题,设计一种六极并联齿轮泵。分析六极并联齿轮泵的结构及其工作原理;对六极并联齿轮泵的瞬态流量特性进行分析,推导其单周期内的流量曲线函数;建立基于流量脉动系数、流量脉动频率和泵体体积的数学模型,选取设计变量,确定约束条件,并利用MATLAB优化工具箱中fmincon函数对目标函数进行参数优化。最后对相同理论流量和额定进出口压差下的六极并联齿轮泵及普通外啮合齿轮泵进行瞬态流量仿真和齿轮泵特性计算,并将结果进行对比分析。仿真结果表明:在结构设计合理的情况下,六极并联齿轮泵在减小流量脉动,降低振动、噪声、质量和制造成本,提高工作性能和使用寿命方面具有重要作用。

基于NSGA-Ⅱ的滑油泵叶轮结构优化设计

滑油泵常需要在高空、低压工况下稳定运转,常会出现供油不足、效率降低等问题。为了得到满足设计要求且具有最佳性能的滑油泵,以某直升机用滑油泵叶轮为研究对象,对其结构进行优化设计。选择高空两个典型工况的效率与扬程作为优化目标,利用NSGA-Ⅱ算法对滑油泵叶轮几何参数进行寻优,对优化前后的滑油泵效率、扬程进行对比分析。采用CFD流体仿真及实验方法对优化结果进行对比验证。结果表明:所选优化参数对滑油泵性能有较大影响,优化后的滑油泵叶片位置附近流动更加平稳,高低压区域过渡平缓,能量损失更小,且降低了汽蚀发生的可能性;优化后的滑油泵设计点扬程提高2.6 m,效率提高2.86%。

不同侧隙卸荷槽时齿轮泵理论流量的创新计算

为克服齿轮泵理论流量、排量及脉动系数计算方法的局限性与复杂性,从一个完整啮合齿面所产生的理论齿面流量入手,提出双卸荷槽间距内的理论齿面流量即为泵理论输出流量的新方法。以1.0和0.5代表侧隙的有和无,双卸荷槽对称线相对于齿轮副中心线的无量纲不对称宽度为变量,构建出理论输出流量特性的相关简洁式。结果表明:同等侧隙类型下无卸荷槽与单侧卸荷槽下的理论排量相同,有侧隙、单侧卸荷槽下的类型系数经典式确实有误;无侧隙、对称卸荷槽类型下的理论排量更大,流量脉动更小,但困油现象更严重;尤其单侧卸荷槽下的流量脉动很大和困油现象很严重,不建议采用等。本文提出的新方法原理更清晰,公式更简洁,结果更可靠,通用性更强。

轴向柱塞泵热特性及热力学建模实验研究

针对轴向柱塞泵在高压和高速工况下发热过快的问题,对柱塞泵热特性和热力学建模进行了仿真分析与实验研究。首先,在摩擦副发热理论基础上,考虑了泵内油液搅动摩擦与轴承摩擦发热源,研究了柱塞泵内发热机理和传热分析的热特性理论;然后,根据柱塞泵部件复杂和固流态域区分度高的特点,阐述了所采用的控制体积法原理,将泵划分为5个控制体积后,建立了以各个控制体温度变化为导向的热力学模型;最后,采用光纤光栅温度传感器和蓝牙无线温度传感器,针对不同的控制体节点设计了传感器封装结构和布置方法,共同组成了轴向柱塞泵在线热监测系统,并进行了在不同压力条件下的对照实验,对理论模型进行了有效性验证与分析。研究结果表明:对比实验和仿真结果,模型温度变化与实际误差值在5%左右,验证了该模型能准确地反映和预测泵热力学变化过程。该结果为柱塞泵热力学状态监测提供了故障诊断基础,并为液压系统热管理系统设计提供了理论基础和设计依据。

泵用微连通对称双卸荷槽及其困油与流量特性

为了充分提高外啮合齿轮泵的困油性能和完善双卸荷槽的现有设置理论,提出了一种双卸荷槽微连通对称设置的创新结构,并以常规无连通对称设置的双矩形卸荷槽为例,依次给出了创新结构的实现方法,构建了困油压力和理论流量的计算模型,比较分析了常规结构和创新结构下的困油压力、排量损失以及流量脉动质量等。结果表明:啮合点位置越接近最小困油容积位置,创新结构下的卸荷面积越大,突出解决了常规结构下该处的零卸荷面积问题;通过充分缓和常规结构下的困油压力,创新结构有效地避免了困油的高压冲击与低压气穴所造成的危害;相对于常规结构,创新结构的理论排量稍有下降,流量脉动有所加剧等。研究结果可为齿轮泵的优化设计提供参考。

麻雀搜索算法优化的外啮合齿轮泵泄漏量预测

预测齿轮泵泄漏量的变化趋势有助于定量分析其性能退化过程。变分模态分解(Variational Modal Decomposition, VMD)方法对齿轮泵原始泄漏量数据进行变分模态分解,得到本征模态函数IMF,提出一种结合麻雀优化算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)和长短期记忆神经网络(Long-Short Term Memory, LSTM)的模型,建立VMD-SSA-LSTM模型预测齿轮泵泄漏量的变化情况,并对每一个分量进行单独预测,最后将预测结果进行叠加,获得完整的预测结果。通过对比不同时间段预测结果可知,VMD-SSA-LSTM模型较单一的LSTM模型预测结果的平均相对误差最高可减小25.2%,能够完成对泄漏量的有效预测。研究结论可为齿轮泵性能衰退的定量预测提供理论支持。

基于CNN-SE-LSTM和多传感器数据的轴向柱塞泵故障诊断

轴向柱塞泵是液压系统中的核心部件,其状态监测和故障诊断是保证液压系统安全可靠运行的关键。然而,由于轴向柱塞泵结构复杂,工作环境恶劣,采集的信号中往往夹杂着强烈的噪声,利用单传感器数据监测其健康状态往往达不到预期效果。为此,提出一种基于通道注意力机制的卷积神经网络-长短期记忆网络(CNN-LSTM)和多传感器数据(MSD)的轴向柱塞泵故障诊断方法。改进CNN中卷积核的尺寸来优化CNN-LSTM结构参数,提高模型抗噪性能,并引入通道注意力机制模块SENet提升模型的表征能力,然后将2个不同位置的振动传感器数据进行数据端通道融合作为输入,最后将融合后的数据输入改进CNN-SE-LSTM中并通过Softmax层输出诊断结果。实验结果表明:在不添加噪声的情况下,所提方法故障诊断准确率达100%,具有较好的准确性和快速性;在不同信噪比的噪声干扰下,所提方法相比多层感知器(MLP)、首层宽卷积核深度卷积神经网络(WDCNN)等模型具有更高的故障诊断准确率,鲁棒性更好。

基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法

针对轴向柱塞泵传统单一领域建模方法存在的建模困难、仿真精度低以及故障诊断所需故障样本不足的问题,开展基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法。利用Simscape构建轴向柱塞泵多领域耦合模型,并对柱塞泄漏、主轴轴承磨损以及组合故障3种常见的故障进行模拟,再通过故障注入技术和MATLAB快速重启功能获取多种工况、不同故障程度下的压力和流量数据;随后从时域和频域对故障数据进行特征提取,同时利用单因素方差分析对故障特征进行选择;最后利用得到的特征对K邻近、朴素贝叶斯、决策树、神经网络、支持向量机等5种故障诊断算法进行训练,得到故障诊断准确率最高的算法,其平均诊断准确率为98.5%。该方法提高了轴向柱塞泵多领域耦合建模的精确性,实现了对轴向柱塞泵的有效故障诊断。

基于齿廓曲线的外啮合齿轮泵排量计算

渐开线外啮合齿轮泵以结构简单、造价低廉等优点而在矿山、工程等领域应用广泛,但目前关于精准计算其瞬时流量、排量的文献较少。为此,基于齿轮啮合机制、轮齿齿廓性质以及转角和啮合点的关系,建立齿轮泵瞬时输出流量的数学及仿真模型。针对齿轮泵重合度、齿轮变位、卸荷槽、侧隙等影响因素对模型进行论证,进而提出一种精准计算渐开线外啮合齿轮泵排量的方法,并采用Simulink仿真软件对不同类型外啮合齿轮泵的瞬时流量进行仿真模拟。同时利用3种不同型号齿轮泵验证排量公式,其最大误差在5%以内。验证计算模型有效性后,基于MATLAB设计了齿轮泵计算辅助平台,实现了外啮合齿轮泵瞬时流量、排量性能可视化,以简化计算流程,适应工程化应用。

对置端曲面齿轮柱塞泵动态特性仿真研究

为了研究对置端曲面齿轮柱塞泵参数对泵动态特性的影响,根据端曲面齿轮柱塞泵工作原理,推导柱塞运动方程。利用Adams与AMESim软件建立对置端曲面齿轮柱塞泵联合仿真模型,通过联合仿真得到不同转速与偏心率下的柱塞泵出口流量与压力的相应曲线。结果表明:转速增大,泵出口流量与压力增大,脉动幅值与脉动频率增大;偏心率增加,泵出口流量与压力增大,脉动幅值增大,脉动频率不变。

基于正交试验的全金属单螺杆泵转子最大转矩研究

通过正交试验对全金属单螺杆泵进行流场仿真,收集了在不同因素、不同水平下全金属单螺杆泵转子所受到的最大转子转矩数据,对其进行方差分析。分析结果反映出了各因素与转子最大转矩之间的关系,并判断出不同因素与研究目标的相关性强弱,并通过曲线图反映了这一现象。

液压排气阀特种卡帽注射模具设计与CAE分析

介绍了一种液压排气阀特种卡帽,内部采用异型卡位设计,外侧采用长尾柄结构,既有利于按压排气、也可以快速旋转,采用聚甲醛(poly for maldehyde, POM)材料,能保持较高的热稳定性和抗老化性能。在制造过程中,设计了一种全新的一模两腔的热流道哈弗块侧抽芯模具结构,经CAE分析产品的细节特征,在哈弗块上设置了隔水板冷却水路,内部型芯也设置了隔水板水路,提高了模具冷却效率,运用CAE软件模拟了产品的填充与冷却过程。经试模验证,该模具结构紧凑,塑件质量稳定、精度高,开合模动作合理可靠,制品顺利脱模,可有效节约成本,缩短了产品成型周期,提高了产品的生产率,产品能完全达到客户要求,为同类型产品提供了良好的解决方案。

一种零泄漏的齿轮泵设计

介绍了齿轮泵的设计过程,从变位系数和压力角两个方面着手,重点阐述了依据排量和中心距设计齿轮参数的选择方法。为实现零泄露,采用了磁性联轴器代替机械密封,结构更紧凑,密封性更好。齿轮泵整体结构小巧,能满足实际需求。

滑油泵气液两相流动传热实验平台搭建与应用

设计并搭建一套用于滑油泵气液两相流动传热及空化性能测试的实验平台。该平台以旋板式滑油泵为实验对象,进行了滑油夹带气入口条件下旋板泵的气液两相流动特性实验,获得了旋板泵吸排油流量、泵出口压力时频特性、泵振动加速度时频特性、以及入口流型对旋板泵吸排油性能影响规律。结果表明,所搭建的实验平台能够完全满足滑油泵气液两相流动传热特性实验。同时也可开展能源动力类研究生教学实验。

交变配流泵的旋转配流盘减振结构设计与参数影响研究

为解决交变配流泵在连续旋转时柱塞与旋转配流盘的相对相位持续变化引起的输出流量脉动较大而导致的泵剧烈振动的问题,课题组设计了三角阻尼槽式的旋转配流盘减振结构。建立了减振结构过流面积模型,利用AMESim搭建了包含旋转配流盘减振结构的交变配流泵仿真模型;基于仿真模型,分析了三角阻尼槽的圆周角、宽度角和深度角等结构参数对流量脉动的影响规律,形成了交变配流泵的旋转配流盘减振结构优化设计方案。结果表明:在旋转配流盘过渡区域增设三角阻尼槽可以显著降低流量脉动,当三角阻尼槽结构参数为圆周角21°、宽度角100°、深度角16°时交变配流泵流量脉动率为31.4%。该研究为交变配流泵旋转配流盘的减振结构设计及其参数选取提供了参考。