列车活塞风对寒区铁路隧道温度场的影响

研究目的:列车通过隧道会产生活塞风,活塞风会将寒区隧道洞外冷空气带入洞内,导致洞内温度场分布发生变化,若对这种影响认识不到位,会导致洞内抗防冻措施不合理造成冻害发生,影响隧道运营安全。鉴于此,采用理论分析和数值模拟等方法,分析列车活塞风对隧道洞内温度场的影响机制,研究列车活塞风对寒区特长铁路隧道洞内温度场的影响规律,为寒区隧道抗防冻设计提供技术支撑。研究结论:(1)冬季列车通过隧道后,活塞风会引起洞内温度场在短时间内显著变化,列车活塞风对洞内温度场持续影响时间较短,列车通过后,洞内温度场会逐渐恢复,特别是当列车频次较小时,基本可恢复到自然通风条件下状态;(2)行车频次导致洞内纵向负温长度增大或减小率均在1%左右;随着围岩温度的增大,隧道洞内纵向负温长度显著降低,且围岩温度越高,活塞风作用方向对洞内温度场影响越小;(3)考虑活塞风对寒区隧道防寒抗冻影响时,应重点考虑其对两侧水沟抗防冻的影响;由于局部衬砌会出现交替冻融现象,隧道结构设计时,应对衬砌耐久性做一定的考虑;(4)本研究成果可供寒区特长铁路隧道建设参考,特别是单向自然风条件下铁路隧道抗防冻设计。

安百拓液压凿岩机活塞受力面积分析与三段法述评

搜集了11个安百拓双控式凿岩机和4个后控式凿岩机冲击活塞的直径数据,计算得到在凿岩机冲击运动周期中,回程与冲程活塞受力面积的比值范围。根据比值数据的分析,指出基于三段法理论的设计变量作为凿岩机性能评价指标的普适性较差。据此,本文强调了数据分析在凿岩机研究中的重要作用。文中还介绍了改进的三段法理论及其计算实例,论述了改进的三段法的优点与缺点。

宇航级自由活塞斯特林发电机回热器优化设计

为提升一台宇航级自由活塞斯特林发电机(FPSG)回热器性能,提出了一种基于响应面法的回热器优化方法。基于Sage平台构建了FPSG仿真模型,研究了回热器长度、孔隙率、丝径对FPSG输出PV功与热功转换效率的影响,得到了回热器的优化参数。结果显示:FPSG输出PV功随回热器长度、孔隙率、丝径的增大而减小;热功转换效率随回热器长度的增大而缓慢增大,随孔隙率的增大而先增大后减小,随丝径的增大而减小;优化后回热器长度为40 mm,孔隙率为85%,丝径为30μm;经实验验证,FPSG输出PV功提升16.9%,热功转换效率提升12.9%。

隔膜压缩机液压驱动系统结构设计及活塞优化

隔膜压缩机因良好的密封性能而被广泛用于加氢站,但其以膜片往复压缩气体的特点使它不适合加氢站频繁启停的工况。基于隔膜压缩机的工作原理,提出一种以液压油直接驱动活塞压缩气体的新结构,并对液压系统进行设计,以适应加氢站频繁启停工况;为提高液驱系统性能,对液驱系统中活塞进行力学仿真与优化。结果表明:与传统隔膜压缩机的同种机型对比,液压驱动隔膜压缩机占地面积为原机型的四分之一,解决了传统机型因频繁启停造成隔膜片寿命降低的问题。该结构设计为解决加氢站隔膜压缩机技术问题提供了理论价值。

地铁车站活塞风井的平战融合防护设计方案

[目的]由于设计人员对现行规范中地铁车站战时防护功能及其交通运输功能的理解存在偏差,导致活塞风井设计时必要的平战转换时间预估值远大于预期,需要对地铁车站活塞风井的平战融合防护设计方案进行研究。[方法]在阐明地铁车站人民防空防护功能定位基础上,提出了地铁车站的战时运行模式。阐述了现有地铁车站设计中平战转换存在的问题。结合当前地铁车站融合防护设计中活塞风井设计的难点问题,针对活塞风排风口建筑空间相对宽裕、相对紧凑、非常紧凑3个工况,分别提出了3个地铁车站平战融合防护设计方案。[结果及结论]与常规车站活塞风风道用沙袋封堵的平战转换设计方案相比,这3个方案建设前期的工程成本略有增加,但能有效降低平战转换的工作量,明显缩短平战转换时间,地铁车站平战运行状态也能够实现快速切换。

卡钳活塞自动压装工作站的设计

设计了卡钳活塞自动压装工作站,可以实现后制动卡钳活塞自动上料、检测、涂油、压装。介绍了设计方案和工作站结构,分析了振动盘、桁架机械手、旋转机构、涂油机构、压装机构和导向机构。应用这一工作站,可以实现无人化生产,提高生产效率。

铝活塞自动铸造生产线设计与实现

铝活塞是汽车发动机中的重要零件,金属模重力铸造是铝活塞毛坯制造的主要方式。为了提高铝活塞铸造效率和铸造质量,设计了一种铝活塞自动铸造生产线,重点介绍了整体设计方案,阐述了设备设计、铸造工艺参数模块设计、软件设计等方面的实现方法。

某型天然气发动机机油耗问题改进与评价方法研究

针对某型天然气发动机短里程机油耗高问题进行排查和分析,发现主要原因在于活塞环与缸套的初期磨合不佳,并且耐负压窜油能力较弱,导致缸内机油上窜并参与燃烧。通过优化活塞环与活塞环槽的配合,提高环槽加工精度,增加环槽回油通道,同时调整活塞环外圆面镀层,问题得到了有效的解决。此外,针对国六天然气发动机在部分负荷和怠速工况下进气道负压较大的问题,提出了一种机油耗评价方法,该方法可以准确评估各种实际工况下的机油耗水平。

负开口设计对于二维活塞泵机械效率的影响

二维活塞泵因其传动为滚动摩擦,适合在电静液作动器中作为动力元件使用。然而,使用轴配流形式的二维活塞泵会受到内泄的影响,在高负载下容积效率表现不佳,因此该泵经常采用负开口设计。为探究二维活塞负开口设计对于泵机械效率的影响,分别对泵的机械效率和腔内压力进行数学建模,探究负开口设计对于泵的腔内压力、输入力矩以及机械效率的影响。对比分析零开口和负开口两种二维活塞的试验,结果表明:二维活塞泵因其等加减速凸轮,使负开口设计对于其机械效率影响非常小,并且在2°遮盖量以内的负开口设计对于腔内压力的影响可以忽略,不需要担心困油效应,但又解决了内泄问题。

船用柴油-天然气双燃料发动机活塞熔顶分析与改进

在船用柴油-天然气双燃料发动机的开发过程中,铸铝活塞顶面出现了熔顶现象。经过燃烧分析,发现该问题的主要原因在于柴油喷射控制策略导致的爆震裕度不足,以及对试验边界条件的变化过于敏感,造成了缸内温度和活塞顶面温度的异常升高,最终引起活塞的熔顶。通过优化电控标定、改进活塞内冷油道设计以及进行活塞顶面陶瓷化处理,提升了爆震裕度,活塞顶面温度明显降低,问题得到了有效解决。

某型柴油机活塞销孔型线多目标优化设计

针对柴油机向高功率密度方向发展对活塞销孔承载能力提出越来越高的要求,提出了活塞销孔型线多目标优化设计方法。首先,建立1/4活塞连杆组热–机耦合模型,通过对比仿真模型的销孔接触压力分布与台架试验下活塞销孔磨损情况,验证了仿真模型的准确性。随后,选取销孔型线参数为设计变量建立活塞销孔型线参数化模型,以活塞销孔峰值接触压力和销孔、内冷油腔、燃烧室喉口的最大等效应力为优化目标,在设计空间内进行优化拉丁超立方采样,结合响应目标值建立Kriging代理模型,并使用决定系数验证其精度。最后,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对销孔型线进行多目标优化,获得了销孔型线优化设计参数。结果表明:在保证活塞其他重要部位应力取得较小值的情况下,优化后的销孔峰值接触压力降低了24.5%。

工程机械用液压缸活塞杆的仿生轻量化设计

对竹子进行了随机采样,并分别从宏观和微观两个尺度进行了结构观测。在此基础上,提取出了宏观变壁厚带节特征和微观多胞分布特征,并将这些结构特征应用至工程机械用液压缸活塞杆的轻量化设计上,得到了变壁厚带结活塞杆、多胞薄壁活塞杆及多胞变壁厚带结叠加结构活塞杆等三种仿生结构活塞杆。与传统轻量化设计方法得到的空心活塞杆相比,三种仿生结构活塞杆的质量分别减轻了22.652%,54.927%和6.326%。利用ABAQUS有限元软件分别对各结构活塞杆进行了最大受压条件下的静力学数值模拟。应力结果表明:变壁厚带结活塞杆和多胞变壁厚带结叠加结构活塞杆上的最大压应力均未超过材料的许用应力,满足强度要求,且仿生活塞杆的应力集中面积均较小。变形结果表明:三种仿生活塞杆均能满足合理变形要求。

基于AMESim对多作用内曲线径向柱塞马达建模与仿真分析

为了研究多作用内曲线径向柱塞马达的动态特性。在AMESim仿真软件凸轮设计器中,创建与内曲线马达定子环曲线相同的盘形滚子凸轮子模块,解决了软件模型库中元件模块不能直接搭建内曲线马达液压模型的问题。并搭建16柱塞10作用径向柱塞马达液压模型,对比验证液压模型是正确和可靠的,仿真分析得到内曲线马达在不同流量下转速曲线、不同压力下输出扭矩曲线以及转速与压力曲线,为内曲线马达的研究提供理论依据。

基于智能制造技术的活塞工艺设计与制造

以往复式发动机零件活塞为例,阐述了智能制造技术在工业4.0背景下高效的加工效率、良好的表面质量以及柔性化等特点.从环槽加工、零件热膨胀、装夹形变和加工程序冗长等方面分析了活塞零件的加工难点,改进了加工工艺流程,并设计出新的气缸卡爪、铣床气动夹具以及空液压卡盘夹具,改善了零件的加工工艺.在模拟仿真的过程中确定了整个智能制造生产线的结构和程序指令,相较于传统制造大幅提高了零件产出效率且实现了24h不间断加工.

活塞杆非标清洗设备的设计与研究

工程机械活塞杆的清洁度是影响液压缸使用寿命和工作效率的主要原因之一。随着液压零部件制造行业对清洁度的要求越来越高,针对某工程机械制造企业非标液压元件清洗难的现状,提出了开发工程机械活塞杆非标清洗设备的思路,从技术要求、设计思路、总体方案设计、设备功能及技术指标、总设计方案及工艺说明、非标线的功能分解设计说明等方面阐述了系统总体设计方案。有效解决了传统方法清洗非标活塞杆不彻底导致液压系统故障率高、液压元件使用寿命缩短的问题,也为今后高端清洗设备的技术方案设计提供了参考。

活塞环/缸套摩擦副表面织构优化设计方法

应用表面织构改善活塞环/缸套摩擦副的摩擦学特性,是改善其工作经济性、可靠性的最有效手段之一。以质量守恒润滑模型与微凸体接触模型为基础,构建面向织构系统的混合润滑模型。在混合润滑模型的基础上,通过选择合适的活塞环/缸套摩擦副性能评价指标,确定优化活塞环/缸套摩擦副性能的目标函数,结合粒子群优化算法,研究一种在活塞环表面对不同深度微凹坑进行优化设计的新方法。基于大量的数值模拟试验可以发现,具有优化织构深度的微织构可以提高活塞环/缸套摩擦副摩擦学性能,提高了承载能力,降低了摩擦力,验证了所提出的织构优化设计方法是可行的。

发动机缸孔椭圆开口偏置类抛物线微织构研究

为探究更有利于提高汽车发动机活塞环/缸套摩擦副性能的微织构,在某发动机活塞环/缸套摩擦副设计椭圆开口偏置类抛物线微织构,综合运用CCD实验设计和响应面优化理论,采用CFD方法研究该微织构特征参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数和承载压力的影响规律;建立相应的数学模型,并运用鲸鱼优化算法对微织构参数进行多目标优化设计。结果表明:微织构参数对活塞环/缸套摩擦副摩擦因数程度由大到小依次为密度、长半轴、深度、偏置量、短半轴,对承载压力的影响程度由大到小依次为密度、深度、偏置量、长半轴、短半轴;所建相应数学模型具有足够的精度,可用于依据微织构特征参数对摩擦副相关性能的准确预测。得出的微织构最优参数为:椭圆长半轴390μm,短半轴108μm,偏置量139μm,深度42μm,织构密度0.69。与未织构摩擦副相比,按照最优微织构参数织构化的活塞环/缸套摩擦副的承载压力提升了2.67%,摩擦因数降低了32.1%。

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。

基于双金属柱塞体的缸体轻量化设计分析

柱塞-缸体部件是航空柱塞泵功能实现的核心部件,功重比是柱塞泵的一个重要指标,高功重比是航空柱塞泵的发展趋势。针对目前航空柱塞泵中柱塞-缸体部件中缸体质量大的问题,基于双金属柱塞体,对双金属缸体进行轻量化设计。对柱塞-缸体部件进行运动学分析,获得其载荷分布;通过有限元方法,分别对单、双金属柱塞体模型及缸体轻量化设计前后模型进行强度、刚度等性能分析。结果表明:双金属柱塞体可以满足航空柱塞泵工作需求,且在保证缸体的强度、刚度条件下,轻量化设计后的缸体外圆直径减少4.4%,质量降低14.42%。

柴油机活塞环组动力学特性分析及多目标优化设计

以一款非道路柴油机为研究对象,结合实测活塞温度场建立了活塞环组动力学仿真模型,并通过漏气量和机油耗试验研究验证了模型的准确性。通过正交试验设计进行析因分析,选定顶环开口间隙、二环侧隙、顶环和二环切向弹力作为决策变量,引入支持向量机的帕累托多目标优化算法,以降低柴油机漏气量和机油耗为优化目标,通过K-means聚类算法得到3种优化方案。与原机相比,方案A的漏气量降低了3.69 L/min,降幅达23.50%,而机油耗只减少了0.27 g/h;方案B的漏气量和机油耗分别降低了2.55 L/min和0.49 g/h;方案C的漏气量只减小了1.39 L/min,但机油耗降低了0.44 g/h,降幅达12.05%。研究结果表明适当减小顶环开口间隙和二环侧隙和合理的切向弹力可以有效减小漏气量和机油耗,优化结果可为高效清洁的柴油机活塞环组设计提供理论依据。