基于扰动前馈补偿的HMT换段离合器控制方法

液压机械传动装置(hydro-mechanical transmission,HMT)是一种机-液耦合的强非线性系统,在换段过程中存在外界负载扰动和建模误差等因素影响其换段品质。该研究在分析HMT组成及工作原理的基础上,建立了HMT换段过程动力学模型和线性二次型控制模型,提出一种基于扰动前馈补偿的换段离合器控制方法,借助扰动观测器估计HMT换段过程的总扰动,将扰动补偿增益引入控制器的前馈项,实现扰动前馈补偿,并设计了抑制换段过程扰动的控制器。仿真结果表明,与未采用扰动前馈补偿控制相比,扰动前馈补偿控制的扰动值最大降低了48.9%、冲击度降低了27.8%、滑摩功减少了29.6%、换段时间减少了15.3%。最后通过试验验证了所提方法在快速处理换段过程扰动的同时,可较好地提升HMT的换段品质。研究结果可为液压机械传动装置的工程应用提供参考。

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。

新时代机械工程专业课程思政建设的探索与创新——以“液压传动”课程为例

在新时代背景下,加强机械工程专业课程思政建设对于培养拔尖创新技术人才,形成具有中国特色、国际领先的新工科教育体系具有重大意义。以具有机械工程专业特色的“液压传动”课程为例,结合课程教学实践提出“目标引领,多元创新”课程思政体系。以立德树人为根本任务,从教学理念创新、融入方法创新、教学方法创新、课堂内容创新、课程实践创新五个方面探索课程思政建设,以实现思政教育与专业教育的有机融合,为同类工科专业课程思政建设提供有益借鉴。

550kV快速断路器液-机-气整机联合仿真

快速断路器可实现短路故障的快速切除,对保证电力系统安全稳定运行具有重要意义。针对一种快速响应、高速运动的新型液压操动机构,建立液压操动机构、传动系统和灭弧室之间的耦合关系,开展液-机-气联合仿真研究,分析不同操作功对动触头运动特性、液压缸缓冲特性和灭弧室反力特性的影响规律,在此基础上,对传动系统应力分布进行计算,对存在破坏风险的零部件提出改进策略,确定试验样机设计方案。研究结果表明:操作功对分闸速度影响明显,确定机构活塞杆侧作用面积为3160mm^(2),分闸速度提升至13.63m/s,触头机械分离时间缩短至4.45 ms,满足快速开断需求。随着机构操作功的提升,机构缓冲力峰值和灭弧室压气反力峰值提升明显,造成部分传动件应力值超标,通过优化液压操动机构缓冲性能以及传动件结构,设计出满足机械强度要求的传动系统。研究成果指导研发了操动机构试验样机,试验结果满足快速开断要求。

“立体化、全过程”液压传动课课程思政教学探索与实践

为解决传统液压传动课程存在的教师思政观念薄弱、思政教学资源建设不足,以及课程思政改革多重视课程内容与思政元素的融合,未重视将课程思政贯穿于教学全过程等问题,以武汉科技大学机械自动化学院机电专业的国家精品课程液压传动为例,确定该课程专业目标和思政教学目标。该文从教师团队的建设、思政课程内容和教学方法的多元化及健全评价体系等多个维度构建“立体化”课程思政教学,并将思政教育贯穿于课前准备、课中实施到课后拓展,实现“全过程”课程思政教学,提升学生思想道德素质和促进教师个人成长,思政教育与专业教育的深度融合为相关专业课程的思政教学提供有益的借鉴。

农林作业机械静液压传动系统效率特性建模及减速比分析

在目前农林作业机械静液压传动系统的设计阶段,存在对其实际效率特性考虑不足的问题,同时在效率特性建模时,由于参数变化范围未知也会导致其参数辨识困难。为了解决以上问题,对其匹配设计、效率特性模型参数辨识以及减速器传动比影响关系进行了研究。首先,针对某型林果采摘机械的“变量泵-定量马达”动力传动系统,基于整机于松软土路面行驶时的阻力特性,估算了需求功率,并匹配了变量泵和定量马达型号;然后,提出了一种决策变量自适应变化的改进蒙特卡罗(I-MCM)法,根据已选静液压系统的台架试验样本数据,采用参数辨识方法建立了静液压系统效率特性模型,同时将其与蒙特卡罗法和改进的粒子群算法进行了对比;最后,基于已建立的效率特性模型,分析了减速器传动比设计值对整机能耗的影响。研究结果表明:在参数变化范围不确定的情况下,I-MCM仍能有效实现参数辨识,且辨识后的模型误差为4.05%;静液压系统在整机使用过程中的效率特性受减速器传动比的影响,两者在传动比设计值的变化范围内呈反相关,最优设计值平均传动效率为81.45%,高出最劣设计值10.53%。该研究可为我国农林作业机械或工程机械特性评估及优化设计提供参考。

基于移动互联网络环境的大学课程学习模式研究——以“流体力学基础与液压气动传动技术”为例

本研究以“流体力学基础与液压气动传动技术”课程为例,研究了基于移动互联网环境下的大学课程学习模式。研究结果表明,移动学习可以为学生提供更加自由、灵活的学习方式,同时也可以提高学生的学习兴趣和学习效果。通过移动学习平台,教师可以更加有效地组织和管理课程内容,提高教学质量。但是,移动学习也存在着一些问题,如网络不稳定、设备不兼容等,需要教师和学生共同协作解决。

液压机械传动控制系统在机械设计及制造中的应用

液压机械传动控制系统通过对液体压力的高效利用,实现了能源的精准传输与控制。此系统以其高度的灵活性和适应性,成为现代机械的关键组成部分。本研究的目的在于探究液压机械传动控制系统在机械设计和制造中的应用,一方面分析了液压系统的基本构造,以及这些组件如何协同工作实现高效的动力传输和精确控制,另一方面详细探讨了液压机械传动控制系统在不同场景下的应用。通过充分挖掘液压系统在不同领域的应用潜力,提高动力效率、控制精度和响应速度等,进一步优化液压系统的整体性能。

厢式改装车舱顶垂直翻转顶盖设计

为满足用户某型激光探视头非上下可移动的激光装备车载改装后贮存、运输及工作状态下的使用要求,通过分析使用工况,进行受力计算、结构设计、分析优化,利用常规材料设计了一款可垂直翻转的舱顶顶盖,经反复验证,该顶盖具有使用方便、可靠性好等优点。

输电线路施工中快速临锚安全作业的施工工艺创新研究

在传统输电线路施工中,临锚作业通常面临效率低下和安全隐患问题,尤其是在应急抢修和复杂地形下的施工。针对这一挑战,本研究提出了一种机械化快速临锚的施工工艺创新,主要通过开发一套集多功能模块化设计、四轮行走驱动及全液压驱动系统于一体的快速临锚设备。该设备不仅能在2min内完成地锚埋设,而且能通过反转取出地锚实现重复使用,显著提高了施工效率并降低了安全风险。通过理论研究与现场应用验证,证明了该施工工艺在提高施工效率、保障作业安全等方面的显著优势,为输电线路施工领域提供了一种新的解决方案。

Design of hydraulic shift mechanism for AMT vehicles based on the collaborative optimization method

Based on multidisciplinary design optimization（MDO）,a new design method is put forward for hydraulic shift mechanism of heavy-duty vehicle automated manual transmission（AMT）.Taking a shift cylinder for example,the collaborative optimization（CO）method for the design problem of a cylinder is devided into one system level design optimization problem and three subsystem level design optimization problems.The system level is an economic model and the subsystem level is mechanics,kinetics,and a reliability model.Application of the multidisciplinary design optimization software iSIGHT modeling and solving,optimal solution of the shifting cylinder CO model is obtained.According to the optimal solution,oil cylinders are machined out and installed on the gearbox of an AMT system for the bench cycle shift test.The results show that the output force and action speed of the optimized mechanism can meet requirements very well.In addition,the optimized mechanism has a better performance compared to the structure of the traditional design method,which indicates that the CO method can optimize the design of hydraulic transmission.

基于LQR的HMT模式切换品质优化研究

为改善液压机械传动装置(Hydro-Mechanical Transmission,HMT)模式切换品质,提出了一种基于LQR的HMT模式切换品质分阶段优化方法。建立了HMT模式切换过程动力学模型,综合考虑冲击度和滑摩功指标,在转矩切换阶段,运用线性二次型最优控制(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论,求解离合器传递转矩最优变化率,并通过控制离合器传递转矩对最优轨迹进行跟踪;调速阶段,在满足冲击度要求下,控制离合器主、从动盘快速同步。仿真与试验结果表明,采用分阶段优化方法时,冲击度降低了24.9%,滑摩功减小了30.3%,模式切换品质得到有效提高。研究结果可为液压机械传动装置的实际工程应用提供一定的理论参考。

基于扩张观测器的HMCVT换段离合器油压跟踪控制

针对液压机械无级变速器(HMCVT)换段离合器油压跟踪控制过程中,不匹配干扰造成实际油压与期望油压产生偏差的问题,提出了一种基于扩张观测器的全局终端滑模控制算法,以实现油压的高精度跟踪控制。通过建立带有不匹配干扰的非线性湿式离合器数学模型,推导了油压控制系统的状态方程,使用扩张观测器对不匹配干扰进行估计,设计了一种能够快速收敛的全局终端滑模控制算法,并将干扰估计值补偿到控制算法中以提高控制精度和降低滑模控制的抖振。基于全局终端滑模控制算法设计了换段离合器油压跟踪控制器,通过试验对控制器效果进行了验证。结果表明,扩张观测器能够有效观测不匹配干扰,与传统终端滑模控制算法相比,基于本文算法设计的油压跟踪控制器动态响应时间仅为0.13 s,超调量为0.08 MPa,且无明显抖振。在换段过程中,冲击度降低12.7%,滑摩功减少10.2%,表明所提油压跟踪控制算法具有较好鲁棒性,能够改善换段离合器的接合品质。

基于UPS-RPU-PU并联机构的液压支架试验台多目标优化

提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态。以螺旋理论为数学工具,建立机构运动/力传递性能指标的解析数学模型。在此基础上,给出优质传递姿态工作空间(GTOW)、全域传递性能指标(GTI)及其波动性能指标的定义和计算方法。依据液压支架加载试验实际需求,建立并联加载装置尺度参数昂贵约束多目标优化模型。采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求得多组Pareto最优解,以供工程设计备选。选择综合性能较优的一组折中解,设计新型液压支架试验台虚拟样机,并利用ANSYS进行3种典型工况下的仿真试验。研究结果表明:基于并联机构的新型试验台具有良好的运动性能和静态特性,可为进一步开展模型样机研制和试验提供理论指导。

岩石节理微生物诱导碳酸钙沉积封堵渗流演化规律试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积技术(microbially induced calcite precipitation,MICP)在土体加固中应用广泛,但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制,以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象,考虑MICP反应影响因素,开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验,得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明:MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势,且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关,而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响;6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳,在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^(-6)m^(2)/s减小至0.52×10^(-6)m^(2)/s,降幅达98.72%,对应的水力隙宽值由0.367 mm减小至0.086 mm,降幅达76.6%;通过观测岩石节理试件上、下表面的碳酸钙沉积情况,发现岩石节理中MICP反应产生的碳酸钙在较短时间内就可以形成一定胶结强度,在封堵岩石节理减小其渗透性的同时,还有改善其力学性能的潜力。

新型液压机械双流传动模式切换分析与控制研究

以自主开发的新型液压机械双流传动(HMT)系统为研究对象,分析了HMT系统的结构与工作特性。在此基础上,建立了HMT模式切换过程的数学模型与AMESim模型,并进行传动模式切换过程分析,获得HMT传动模式切换特性的影响因素。针对HMT模式切换过程存在的功率循环问题,提出了考虑功率循环的HMT模式切换策略。针对HMT模式切换过程中的速度波动问题,提出了基于马达输出转矩补偿的模式切换控制方法。仿真与试验结果表明:考虑功率循环的HMT传动模式切换策略可有效减小循环功率;基于马达输出转矩补偿的模式切换控制可有效减小速度的大范围波动。

基于模型参考自适应MRAC的双流传动调速控制

为使拖拉机作业过程中车速在受到作业阻力变化的影响下能迅速恢复稳定,文章设计一种双流传动(hydro-mechanical transmission, HMT)系统。通过实时调节发动机油门踏板的开度和改变电液伺服机构控制柱塞泵斜盘倾角的泵排量方式对车速进行调节;考虑到电液伺服机构存在强非线性、大时变参数以及外负载干扰等因素,将模型参考自适应控制(model reference adaptive control, MRAC)算法应用在液压泵排量调节的电液伺服执行机构中。结果表明:所设计的HMT系统在拖拉机遇到作业阻力变化引起车速变化时能有效地恢复稳定行驶状态;采用MRAC的电液伺服执行机构能够精确调节液压系统排量比来实现车速的改变,在简化变速操作的同时保证发动机工作在高效区,使拖拉机工作车速快速恢复到稳定区间。

低速大扭矩液压马达的配流机构研究

在煤矿、食品和水下等应用中,低速大扭矩高水基液压马达具有高比功率和介质友好性的优点。但目前高水基液压马达仍保持液压油马达的配流结构不变,仅替换工作介质,将液压油替代为高水基乳化液。然而,传统配流盘结构使用弹簧力压紧,保证密封,但在低速、高压和高水基工况下,配流盘磨损严重,从而产生严重泄漏。针对高水基乳化液驱动系统,文中提出了一种由阀、轴承和五星轮组成的阀配流机构,马达的进排液过程通过配流阀控制,而配流阀的启闭由五星轮驱动控制;然后,对比分析了偏心轮、凸轮和五星轮配流机构的配流规律及优缺点,发现五星轮配流结构可减小顶杆应力集中并解决了顶杆自旋卡紧现象;最后,利用AMESim仿真验证了五星轮配流结构的优越性,还制备了样机并进行性能实验。结果表明:在不同转速(10~90r/min)和压力(5~21MPa)下,柱塞腔内的压力可迅速建立;与传统配流盘机构相比,21MPa、90r/min高水基工况下阀配流机构的泄漏量仅为0.15mL/min,显著提高了马达容积效率。

新工科下“流体力学与液压传动”的实验教学探索

高校新工科建设是应对新一轮科技革命和产业变革的战略行动。面对我国“双碳”目标和智能电动汽车续驶里程等关键技术指标,产业快速发展与人才匮乏之间的矛盾日益突出,兼顾理论与实践的新工科人才培养实践教学体系亟须建立。以同济大学车辆工程专业本科生“流体力学与液压传动”课程为载体,结合课程大纲重点和难点,探索了研讨式、虚拟式、案例式实验教学、实物式等多种形式结合的课程实验教学方式,实现学生专业素质和创新思维的培养。

机械液压传动系统的设计与控制策略

为解决机械液压传动系统的泄露问题,指出了发生泄露的原因,包括设计不够合理,内部油液的清洁度较低。提出了应对液压系统渗漏的有效策略:避免外界污染物侵入,充分发挥过滤器的性能,以促进其在工业生产中的应用。