以PC02挖掘机工作装置液压系统为例,建立了状态变量数学模型和仿真模型.通过分析动臂油缸活塞杆在伸出和缩回时负载压力pL跃变的规律,提出在压力跃变过程中存在压力冲击和压力空穴阶段;给出了负载压力pL的稳态解析表达式;压力冲击的峰值远大于压力跃变的稳态值.

根据混凝土泵车的实际工作情况给出了各节臂架最危险工况下理论受力值的计算方法,应用浮点数编码的改进型遗传算法对混凝土泵车臂架系统的油缸连杆机构进行优化布局.经仿真模型检验,得到满足系统运行特性,且各节油缸的长度及推力均有明显减小的优化布局方案,为长臂架混凝土泵车臂架系统的智能设计提供了理论依据.

以MG200岩土钻机钻架立面变角机构为研究对象,应用虚位移原理分析大臂举升油缸和桅杆俯仰油缸的受力状态,推导出两个油缸承载力的通用力学表达式.运用Matlab软件对大臂举升油缸和桅杆俯仰油缸的承载力进行仿真,得出两个油缸承载力随油缸自身伸缩量的变化及特定工况下承载力与时间的动态响应关系.研究结果为立面变角油缸的设计选型和动态受力分析提供理论依据,也为钻架系统的结构参数优化和钻机施工的过程控制提供有益参考.

以静止坐标系为纽带,利用矩阵工具建立了相关两动坐标系之间的变换关系,实现了从一个动坐标系——摆臂坐标系上观测另外动坐标系——油缸坐标系内任意点的运动规律.用数值法预先判定油缸外轮廓以及关键点在摆臂刚体上的运动范围,为解决摆动油缸机构运动干涉建立了一种便捷方法,并用这一方法分析了一个典型的摆动油缸机构的运动干涉.

针对汽车起重机、高空作业车等工程机械的水平支腿在动作结束与开始时会产生较大冲击的问题,基于实际应用情况,介绍了在支腿油缸上增加内部缓冲功能的方法。同时,对恒定节流缓冲和变节流口缓冲的结构、基本原理以及有关参数的计算方法进行了介绍,对两种缓冲的一些论述进行了定性的补充。结果表明通过采取缸内缓冲方法,减少了油缸的冲击振动,保证了液压系统的稳定运行,提高了液压元件的使用寿命。

考虑到悬臂式掘进机液压系统非线性情况,同时负载会发生突变,无法准确预测,根据传统粒子群优化(PSO)算法,综合运用混沌初搜索及最优点细搜索,使算法实现全局与局部优化性能的平衡,再对掘进机液压控制系统进行比例、积分和微分(PID)参数优化。采用混沌优化算法初搜索及灰狼算法佳点集细搜索,改良PSO算法。结果表明:改进后的PSO算法更高效,不会发生超调的情况,显著改善了优化性能,即使受外部扰动因素的影响,也能满足目标值的精确跟踪要求。本算法可优化液压缸控制系统稳态和动态特性,增强稳定性和自适应性,大幅提升煤矿开采履带设备的运行效率。

为了进一步提高车辆运行稳定性和节能效果,设计了一种可控阻尼车辆半桥式液压馈能减振器。以半桥式液压馈能减振器为对象,创建相应动力学模型,并开展仿真分析。研究结果表明:在外接电阻变小或者激励频率增加时,均会引起馈能功率增大;采取行程复原形式来回收能量不会引起能量回收状态改变。调整激励频率可获得大致相同馈能效率,其调整幅值大约为4%;在外负载从10Ω增加到100Ω后,馈能效率由40%降低至8%;在电阻率升高会产生更加缓和降低趋势。在50Ω外负载环境下,压缩阻尼力为-2838 N、复原阻尼力为-6891 N,均为最大值,符合目标阻尼的需求。此结构优点在于无需频繁进行启停切或者运动换向操作,确保液压油路产生优异整流功效。

针对抢险救援车工作平稳性及可靠性的要求,设计出了多功能救援车全液压驱动系统.利用AMESim软件建立了液压系统模型,通过设置主要参数,实现了液压系统动态仿真,同时对各部件进行了性能分析,得出多功能救援车在工作过程中回转马达与行走马达输出转矩、负载、流量以及工作压力随时间的变化曲线.结果表明救援车各液压执行部件在外负载变化时运动平稳,整个液压系统在外部复杂条件变化时能够有效地进行工作,验证了设计的合理性.

针对偏导射流式压力伺服阀运动控制精度较低问题,采用双模糊控制器,对控制效果进行了仿真验证.创建偏导式压力伺服阀模型简图,结合具体实例介绍压力伺服阀工作原理,给出活塞运动方程式.设计变论域双模糊控制算法,第1模糊控制器用于输入负载反馈,第2模糊控制器用于输入误差反馈,适合不同负载的控制方法.采用Matlab软件对偏导射流式压力伺服阀控制精度进行仿真,并与PID控制器进行比较.结果表明:双模糊控制误差不受负载力的影响,误差波动幅度较小;PID控制误差随着负载力的增大而增大,误差波动幅度较大.采用双模糊控制器,能够抑制外界负载力的干扰,提高偏导射流式压力伺服阀控制精度.

以单向锥阀阀芯为例,应用蒙特卡罗数值模拟法,考虑了锥阀阀芯在工作过程中所受到的稳态液动力,将其作为面载荷并与其他工作因素相结合,利用ANSYS建模及其PDS(Probabilistic Design System)模块进行可靠性分析,获得了锥阀阀芯的应力分布图、可靠度以及灵敏度图.在置信度为95%的情形下,计算得到阀芯可靠度为99.82%.分析结果表明:稳态液动力、工作压力以及最大截面圆半径是影响可靠性的最主要因素.为其结构设计优化提供了定性及定量的依据,同时证明了稳态液动力对锥阀阀芯可靠性有较大影响,在设计过程中不可忽略.