面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略

针对工程机械在复杂工况下能源利用率不高的问题,提出了一种液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略。首先,在装载机功率与力学平衡的基础上,构造了基于牵引性能理论的装载机动力传动系统仿真平台,并通过装载机循环工况采集到的实验数据验证了其有效性和可靠性;其次,基于发动机与液力变矩器台架实验,研究了ZL50型装载机的牵引特性,对比了其在起步、举升、铲掘、匀速4种不同牵引阶段的动力性能,分析了液力变矩器的闭锁点对装载机动力性、平顺性和经济性的影响;最后,提出了面向复杂工况的液力变矩器与变速箱效能优化协同控制策略,并对优化前后的装载机效能进行了对比分析。研究结果表明:在相同的V型循环工况下,采用所提出的控制策略,装载机等油耗输出能量从372.69 kW·h·mL^(-1)提高到420.51 kW·h·mL^(-1),整机效能提高了约12.8%。所提策略可为大型工程机械传动效率低、燃料消耗大、污染排放严重等问题提供解决方案。

基于熵产理论的多级液力透平能量耗散机理分析

液力透平作为一种液体余压能回收装置,在小水电建设和能量回收领域得到广泛应用,但其内部能量损失特性不清。以两级径流式液力透平为研究对象,基于熵产理论和Omega涡识别准则分析了各过流部件内能量耗散机理。结果表明:速度脉动和壁面效应是能量损失的主要来源,设计工况下二者总占比为98.03%。叶轮和导叶是透平内能量耗散的主要区域;小流量工况,叶轮损失占比较高;大流量工况下,导叶损失占比较高。叶轮内的能量损失源于叶片前缘分离涡、吸力面回流涡以及叶片尾缘涡等不稳定流动现象,而相对液流角与叶片进口安放角的不匹配是导致叶轮内产生不稳定流动的根本原因;在导叶和导叶Ⅱ-反导叶中,不同流量下导致其能量耗散的因素基本保持一致,叶片前缘失速涡和流动分离等劣态流动引起的动量交换是导致能量损失的主要原因。环形吸水室内流动的非对称性导致导叶Ⅰ各流道内熵产率分布不均匀,而导叶Ⅱ-反导叶通过正导叶的整流减小了冲击效应,各流道内熵产率分布均匀且高熵区较小。

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。

径向剖分双吸式工业液力透平的内部流动损失特性分析

针对双吸式离心泵反转作液力透平运行区间狭窄、效率低等问题,对实际工程应用中的一台径向剖分双吸式离心泵反转作工业液力透平的内部流动损失特性进行了研究。首先,采用了数值模拟方法预测了液力透平在泵和透平典型工况下的水力性能,对比了透平在泵工况下的实验结果,验证了数值模拟的准确性和可靠性;然后,结合熵产理论,定量分析了透平工况下各过流部件对于总能量损失的权重以及熵产成分比重的分布情况;最后,结合局部流动特征进一步揭示了主要过流部件内流动损失的发生位置和产生原因。研究结果表明:壁面熵产是导致径向剖分双吸式工业液力透平内部流动损失的主要原因,在0.8Q_(b)、Q_(b)、1.2Q_(b)工况下,壁面熵产分别占总熵产的55.3%、69%、67.4%;导出室是透平内熵产占比最大的水力部件,局部回流、流动冲击等不良流动特征是导致湍流熵产增加的主要原因。该研究结果对离心泵反转作工业液力透平的优化设计、运行调控和推广应用有一定的借鉴意义。

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。

不同转速时液力透平水力性能的试验和数值模拟研究

为揭示不同转速下液力透平的水力性能,以一台比转速为48的离心泵反转作透平(PAT)为例,通过试验研究了液力透平在不同负载下转速随流量、水头变化规律,采用RNGκ-ε湍流模型在不同转速下进行数值计算,分析了各工况下液力透平的水力性能和内流特性。结果表明,随着转速的逐渐增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。来流参数(流量、压力)对转速有一定的影响,转速随流量呈线性变化,随水头呈幂函数变化。流量越小,叶轮内压力和速度流线分布均匀性越差,透平效率越低。高转速下,叶轮内流动相对稳定,该现象与透平外特性结果相吻合。该研究对低比转速泵反转液力透平高效、稳定运行具有重要参考意义。

基于CNN-LSTM的钻井泵液力端故障诊断方法研究

钻井泵液力端工作环境复杂,容易发生故障,传统故障诊断方法难以满足钻井现场需求。针对五缸式钻井泵,开展了基于深度神经网络的钻井泵液力端故障诊断研究,设计了CNN-LSTM故障诊断模型结构,研究了LSTM对故障诊断模型性能影响。结果表明,提出的CNN-LSTM模型实现了钻井泵液力端多种工况下9类故障快速准确诊断,通过引入LSTM结构,将故障诊断准确率提升了7.85%,达到了97.67%。因此提出的CNN-LSTM故障诊断模型可为钻井现场提供一种高效准确的钻井泵液力端故障诊断方法。

泵反转液力透平转速特性研究

为了研究液力透平的转速特性,采用Fluent软件动网格中的SDOF求解器对一台比转速为48的离心泵反转作液力透平进行数值模拟,分析了液力透平在启动过程中转速的变化规律。结果发现:随着转速的增大,透平高效区变宽,高效点明显向大流量偏移。流量越大,透平的飞逸转速就越大,各流量工况下的飞逸转速约为额定转速的1.4倍。在负载系数B_(g)为1.4905时,其负载力矩达到临界值,继续增加负载,叶轮不在工作,此时的水动力矩小于负载力矩。

车载液力缓速器传感器的信号采集与处理技术研究

本文研究了车载液力缓速器传感器的信号采集与处理技术,旨在提高车载液力缓速器的工作效率和安全性。通过对传感器信号的采集与处理,可以准确地监测车辆行驶过程中的液力缓速器状态,及时发现故障并进行维修,从而保证车辆的正常运行。

基于变截面积流道的液力变矩器叶栅系统设计

流道截流面积分布对液力旋转机械的液力性能具有重要影响.为了减少扩散等液力损失,变矩器流道截面积分布通常采用等截面积分布的形式,但并未充分发挥截面积分布参数在流场调节和性能优化方面的优势.因此,文中研究提出了过流截面积表征模型,并建立了基于可变截面积分布的变矩器循环圆及叶栅设计系统,对变截面积流道的液力变矩器循环圆设计方法进行了研究.通过设计多组不同截面积分布的实例,采用DOE方法进行比较分析,进一步研究了叶轮截面积分布形式对变矩器性能的影响.同时,通过对不同叶轮的组合设计,获得了组合型性能优化的循环圆设计结果.实验结果表明,基于变截面积流道优化设计的变矩器泵轮转矩提升了18.5%,起动变矩比也提高了3.9%.说明基于变截面积分布的液力变矩器循环圆设计方法是一种有效的优化设计方法,能够在保持外形尺寸的同时提升变矩器性能.

重型液力自动变速器行星排非线性动力学分析

建立了重型液力自动变速器在某挡位下行星齿轮传动系统的非线性纯扭转动力学模型,该挡位工作模式充分体现了行星排之间的复合关系,该动力学模型综合考虑了时变啮合刚度、齿侧间隙与啮合误差幅值等系统内部激励因素,在此基础上推导出系统在广义坐标下的无量纲动力学方程。采用4阶龙格-库塔法对非线性微分方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应。综合运用时域响应、频域响应、相平面图、系统分岔和Poincare截面研究了具体的输入转速与系统响应的关系,得出了该挡位下的合理转速。研究了复合结构导致的各级行星排之间的响应差异,发现单个行星排可以影响甚至决定整个传动系统的响应,可以此为根据指导生产制造,降低生产成本。

用于农药喷施的液力式喷头雾化与沉积分布特性分析

在众多类型的喷头中,液力式雾化喷头因其雾化量大、能耗低、设备简单、经济性好而得到更广泛应用。研究液力式喷头的雾化与沉积特性对改善农药喷施效果具有重要的指导意义。为明确液力式喷头的类型和喷雾参数对其雾化和沉积特性的影响,本文对6种类型的液力式喷头(标准扇形雾XR 110-015、防飘扇形雾DG 110-015、射流扇形雾AIXR 110-015、射流扇形雾AI 110-015、空心圆锥雾TXA 80-015和射流空心圆锥雾AITXA 80-015)的雾滴粒径、雾滴沉降速度以及沉积分布进行了测试。结果表明:6种供试喷头的雾滴粒径均随喷雾压力的增大而减小,不同喷雾压力下细雾滴(XR 110-015)和中等雾滴喷头(DG 110-015)的体积中值直径(D_(v0.5))差异较小,而粗雾滴(AIXR 110-015)和超粗雾滴喷头(AI 110-015和AITXA 80-015)对喷雾压力的敏感性更强,其雾滴的D_(v0.5)值随着喷雾压力的增加而急剧下降。雾滴沉降速度与分布特征主要由喷头类型决定,喷雾压力对雾滴沉降速度的影响较小,同一喷头在不同喷雾压力下的雾滴沉降速度分布趋势相似。相同喷雾压力下,细雾滴喷头的平均沉降速度(Vavg)高于其体积中值沉降速度(V_(v0.5)),但随着喷头雾滴的增大,中雾滴喷头和粗雾滴喷头的V_(v0.5)超过其Vavg,且雾滴的粒径越大两者差值越明显。雾滴的沉积结果显示,不同喷雾压力下各喷头的喷雾液流失率均在7.82%~9.75%范围内,各喷头在不同喷雾压力下的流量相似,且略低于其名义流量。喷雾压力对DG 110-015、XR 110-015和AIXR 110-015喷头的雾滴沉积分布均匀性无显著影响,但较高的喷雾压力可提高AITXA 80-015和TXA 80-015喷头的雾滴沉积分布均匀性。本研究可为田间施药时液力式喷头的选择和作业参数的优化提供理论指导和技术参考。

液力变矩器叶轮重力铸造和低压铸造工艺对比与验证

以某型铸造型液力变矩器为研究对象,对比其重力铸造和低压铸造两种常用铸造方式的成型质量。应用铸造工艺仿真软件ProCAST进行了充液和凝固过程的仿真及铸造缺陷的评估及对比分析。在此基础上,将预测的缺陷与实际浇铸产品射线无损探伤结果进行对比验证。结果表明,相比于重力铸造,低压铸造可以通过调整压力实现对液流充型过程的控制,使得充型平稳、顺序凝固、补缩动力增强,提高液力变矩器的力学性能。实际浇铸及探伤结果表明,铸造仿真可以较好地预测缺陷种类及分布,为铸造工艺改进提供有效指导。

液力变矩器轴向力三维流动计算及验证

液力变矩器是液力传动的重要元件,以黏性油液为工作介质转换并传递功率,具有无级变速变矩、自动适应等优良传动特性。由于工作介质的高速流动,对各叶轮产生较大的轴向动负荷,同时其内部不同旋转域间存在着较大不平衡面积,使得液力变矩器在工作过程中存在较高的轴向载荷。以某有效直径为420 mm的液力变矩器为研究对象,对带泄漏腔体流域的整体进行三维数值模拟,并分析各个工作轮的轴向力构成,搭建轴向力测试试验台进行试验验证。试验结果表明,三维流场仿真能够较准确地计算轴向力。由仿真分析可知,泄漏区内工作液体的作用所产生的轴向力占比较大;3个叶轮中,涡轮轴向力最小,约为泵轮和导轮的1/5,泵轮轴向力始终使泵轮接近导轮,导轮所受到的轴向力始终使导轮接近泵轮;随着传动比增大,泵轮轴向力先增大后减小,在i=0.3工况时泵轮轴向力最大,导轮轴向力降低,在i=0工况时最大。

大截面变化率对称结构管整体液力成形工艺研究

为解决某汽车排气尾管一体化成形中成形道次多的制造问题,提出了与传统压扁特征处对称结构(A型)设计思路不同的圆截面处对称结构(B型),并采用液力成形工艺对其进行成形,通过对比成形道次和零件质量,分析了两种对称结构工件成形的优缺点。研究发现,由于A型结构工件一道次成形时圆角处会出现裂纹,需采用多工步成形才能实现;而B型结构工件一道次成形效果良好;经多工步成形的A型结构工件和一道次成形的B型结构工件最大壁厚减薄率均小于25%。但是,与A型对称结构工件相比,B型对称结构工件圆角处壁厚减薄率更低,成形效果更好,并且模具数量由3套减少为1套。通过合理的零件结构设计,该结构打破了传统圆形截面端部密封的设计束缚,不仅有效降低了模具成本,还提高了生产效率,大幅提高了零件成形效果。

双吸泵作液力透平叶轮内非定常流动DMD分析

为了精确分析双吸泵作液力透平叶轮内的非定常流动特性,采用SST k-ω湍流模型在设计工况下进行数值模拟。对一个周期的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),并结合Q准则,得到前4阶主要模态及其相应的时空信息。分析结果表明:DMD方法将叶轮内复杂的流场特征分解为动静干扰模态、基本模态和耗散模态。其中动静干扰模态占主导地位,频率为叶轮旋转频率,反映出叶轮内流动受静止部件干扰的流动特征,涡结构主要为点状涡和不连续的管状涡;基本模态频率为0Hz,反映出叶片流道几何特征引起的稳态流场特征,涡结构主要为连续的管状涡;3阶及4阶模态为耗散模态,反映出叶轮内流动受静止部件干扰,在叶片上产生的流动分离及不稳定涡结构脱落的特征,以片状涡和不连续的管状涡为主。在特定频率下DMD方法可以对叶轮流场结构进行分解,能够清楚地分析双吸泵作液力透平叶轮内复杂流场的非定常特性。

8号液力传动油低温表观黏度的相关性研究

为满足8号液力传动油精益生产的需要,实现调合中控室对8号液力传动油低温表观黏度的预测与把控,通过不同原材料制备的8号液力传动油的物理性能与低温表观黏度的相关性研究,利用响应曲面法和Design-expert 12.0软件进一步研究密度、黏度指数、运动黏度与低温表观黏度的相关性,掌握低温表观黏度的变化规律,建立低温表观黏度预测模型。结果表明:8号液力传动油的运动黏度(A)、黏度指数(B)、20℃密度(C)与低温表观黏度(Y)的相关性高,拟合得到低温表观黏度回归方程:Y=2032.74+123.28 A-1142.98 B+574.01 C+680.72 AB-1294.84 AC-1091.62 BC,经过8个批次不同原材料生产的8号液力传动油的应用验证,低温表观黏度预测值与实测值基本一致,回归方程模型的可靠性高。

三臂凿岩台车液力机械传动系统的牵引性能

三臂凿岩台车在隧道作业时,路面平整度低、负载波动大,导致牵引性能输出不稳定。在三臂凿岩台车动力总成的基础上,建立了液力机械系统的功率平衡理论与力学平衡方程。进一步,开展了三臂凿岩台车的发动机外特性和液力变矩器原始特性实验,研究了共同工作的输入特性和输出特性。建立了三臂凿岩台车的动力传动系统仿真模型,同时开展了整机牵引性能实验。整车实验与仿真计算对比结果表明:一挡、二挡、三挡最大牵引力误差分别为1.8%,2.4%,1.7%,最大车速误差分别为2.1%,1.9%,2.3%,验证了三臂凿岩台车的牵引性能理论,对复杂工况下工程车辆牵引性能研究具有一定的指导意义。

钻屑回注泵液力端有限元分析

岩屑回注技术是有效处理钻井废弃物以及消除其对环境影响的重要手段。但由于岩屑回注浆体中含有大量微小颗粒,在回注过程中对于回注泵液力端的磨损较大,导致岩屑回注泵寿命较短。为此,通过ANSYS数值模拟软件的FLOTRAN CFD模块分析液力端内的流场分布,分析发现:吸入工况下,流体流经吸入凡尔时流道过流面积最小,所形成的流速最高;排出工况下,流体在排出凡尔左侧壁面形成最大流速,且在出口附近产生漩涡。液力端基体材料采用沉淀硬化性不锈钢合金,延长了液力端凡尔周围材料的耐磨性,延长回注泵使用寿命。

回注泵液力端承压能力提升研究

钻屑回注泵液力端存在易疲劳开裂的现象,维护成本极高。在高泵注压力条件下,钻屑回注泵液力端内应力峰值较大,排出孔相贯口处易开裂,导致钻屑回注泵使用寿命较短。为此,利用ANSYS软件对液力端进行静力学分析,分析发现,在排出工况下液力端相贯区域为应力集中区域,最大应力值为725MPa,利用FACET修型技术优化之后,最大应力值降为636MPa。