针对大型水压机阀芯驱动系统中开启驱动力巨大和瞬变的特点,提出了一种适合该特点的双圆弧组合凸轮升程曲线设计方法.该方法通过寻找组合圆弧曲线使凸轮的压力角在阀芯开启力最大时具有较小的值,在全程范围内具有较快的开启速度.通过齐次坐标变换建立了凸轮轮廓的数学模型,利用等效曲柄滑块机构分析了其运动特性.将该方法应用于300MN模锻水压机阀芯驱动系统中的凸轮设计,运动学分析表明该凸轮在两段圆弧的衔接点处有较好的柔性,冲击小.工业现场应用表明双圆弧凸轮能有效降低装置的故障频率,为负载具有瞬变重载特点的凸轮设计提供了一种有效的方法.

活塞风是真空管道运输内流场的主要气动特征,掌握活塞风的基本特征和变化规律,是合理有效控制管道流场的基础.文中采用计算流体力学方法,结合动网格技术,分析、探讨了活塞风的产生机理,气动特性和真空度、阻塞比、行车速度等作用条件对活塞风的影响.研究发现管道中的空气在车辆行驶过程中会被压缩、膨胀,产生压缩波和膨胀波并对车辆的行车阻力产生影响;通过不同真空度、阻塞比和行车速度的系列组合计算,发现车辆的行车阻力会随着阻塞比的增大、压强的上升、速度的提高而变大,当速度提高到一个阈值时,车辆行车阻力的上升开始变缓.

为提高旋转式磁流变阻尼器输出扭矩密度,提出了一种具有更高精度的旋转式磁流变阻尼器设计方法.建立了螺旋流动磁流变阻尼器内部各通道的磁流变液准稳态流动微分方程,基于Herschel-Bulkley本构模型推导了磁流变液速度分布表达式,研究了螺旋流动阻尼器在高速工况下阻尼力矩和动态范围的计算方法.对阻尼器各通道的输出扭矩进行了数值仿真,结果表明,在高速工况下,随着电流增加,螺旋流动模式的扭矩增强效应呈现先上升再下降的趋势,并最终退化为纯剪切模式.设计加工了样机,并进行了低速和高速性能测试,实验结果显示,实验结果与理论计算吻合,零场高速工况下改进模型相较于传统模型平均误差减小129.4%,为设计高输出扭矩密度的旋转式磁流变阻尼器提供了理论基础.

为减小磁流变阻尼器在微振幅中高频激励下磁控耗能能力降低带来的影响,提出采用增加磁流变液初始压强来增加工作压强的方法以改善磁流变阻尼器在中高频激励下的磁控耗能能力.基于磁流变液的可压缩特性,构建磁流变阻尼器的力学模型,分析中高频时工作压强对阻尼力的影响;设计加工了无补偿装置的单杆直线液体弹簧式磁流变阻尼器,通过实验测试验证力学模型的准确性.正弦激励下的实验结果表明:增加磁流变阻尼器工作压强可以使阻尼曲线更饱满,且工作压强较高时,磁流变阻尼器耗能能力明显优于工作压强较低时磁流变阻尼器耗能能力;根据实验结果发现:相比于初始压强为标准大气压,当初始压强为5 MPa时,阻尼增幅最大为31.3%,耗能增幅最大为78.5%;此外,增加工作压强后工作区域磁场更容易饱和,等效刚度和等效阻尼系数都会随着工作压强的增加而上...

针对在风速、同步发电机负载变化情况下,液压蓄能式风力机组并网转速控制问题,提出一种新型并网转速控制方法——解耦广义预测优化控制方法(Decoupled Generalized Predictive Optimization Control, DGPOC).首先,DGPOC利用基于广义预测的前馈解耦方法解除变量马达摆角和蓄能器比例阀开度之间的耦合关系,进而调节蓄能器比例阀,依靠蓄能器吸收波动流量,同步调节变量马达摆角实现恒转速控制,解决因风速、同步发电机负载变化引起的变量马达转速波动问题;其次,将蓄能器比例阀的能量损耗作为性能约束项,加入到优化目标函数中,求取最优控制量,从而提高液压蓄能式风力机组风能利用率;最后,利用建立的MATLAB-AMESim联合仿真实验平台验证DGPOC方法的有效性.实验结果表明:DGPOC方法不仅可以实现变量马达摆角和蓄能器比例阀开度两个变量的解耦,提升变量马达转速控制的快...

针对装载机在转向过程中因油缸铰点布置位置产生的压力冲击和压力波动问题,以最小行程差、最小力臂差及最小转向系统功率为目标函数,通过遗传算法进行优化,结合AMESim仿真及实验验证了优化结果的可行性.优化后行程差平均值减少了89.23%,力臂差平均值减少了88.40%,发动机怠速和全速时转向所消耗的平均功率分别减少了32.56%和24.03%.通过深入研究行程差和力臂差曲线,确立了力臂差是引起压力波动的主导因素,结合遗传算法对油缸铰点坐标进行二次优化.优化结果表明,行程差和力臂差的最大值较第一次优化分别减少了14.29%和19.44%,实车油缸铰点改造后进行满载全转速快转实验,其压力曲线未见明显压力异常.

针对工程结构中所承受载荷幅值之间相差多个数量级,使用传统拓扑优化方法所得结果中较小载荷传递路径消失的荷载病态现象,提出一种简单有效的敏度分层过滤策略.将各载荷以幅值大小进行分层,并计算各载荷对结构对应的应变能数值.在此基础上,引入比较判断系数和放大应变能影响系数,将各灵敏度以大小进行分层,对不同层次灵敏度进行不同的过滤以取得多载荷作用下最佳材料布局.本文敏度分层过滤策略是在Solid Isotropic Material with Penahiation（SIMP）框架下提出的,并使用Optimality Criteria（OC）方法进行求解.使用二维和三维算例验证了所提策略的有效性,表明该策略可以有效克服荷载病态现象,为结构设计中得到完整传力结构布局提供重要指导.

微细磨削技术能够实现硬脆材料复杂结构微小零件的高精高效低成本加工.通过深入分析微细磨削机理,考虑刃角圆弧半径的影响,建立了圆锥、球形、三棱锥、四棱锥等4种单颗磨粒切削力模型;采用VHX-1000超景深光学显微镜对Φ0.5mm、#600微磨棒表面磨粒形状进行观测分析并统计,建立了基于单一磨粒模型和基于综合磨粒模型的微细磨削力模型;在ZCuZn38上进行微细磨削试验,对比研究了微细磨削力理论计算结果与试验结果,并基于理论模型讨论了微细磨削力随工艺参数的变化规律.结果表明,单一磨粒模型微细磨削力与综合磨粒模型微细磨削力均能预测不同工艺条件下的微细磨削力,但综合模型微细磨削力的误差最小;不同磨粒模型计算得出的法向磨削力较为一致,但切向磨削力差异较大.

针对目前液压挖掘机能量利用率低、油耗高的问题,分析挖掘机在典型作业工况下的能量损耗,确定混合动力系统进行节能研究的重要方向.根据混合动力挖掘机的特点,提出基于超级电容与电机的并联式油电混合动力系统方案,以山河智能公司20吨级液压挖掘机为平台建立系统仿真模型,对系统动力耦合特性、控制策略及超级电容SOC等因素给混合动力挖掘机节能效果带来的影响进行理论计算和仿真分析,并对系统关键参数进行了优化匹配.搭建液压挖掘机混合动力系统试验平台,对系统的节能效果进行试验验证.研究结果表明,采用油电并联混合动力系统,并选择合适的动力耦合参数、瞬时优化控制策略及超级电容SOC补偿参数有利于提高液压挖掘机的节能指标,节能效率可改善20%以上.

针对硬岩掘进机(TBM)强振动环境下的液压弯管传递效率降低和损坏的问题,提出了以振动功率流的方法来研究管道的振动特性.首先,根据应力与功率的关系,建立了弯管振动功率流计算模型.然后,通过仿真分析探究了不同基础振动参数和弯管结构参数对弯管的应力影响规律,并给出了弯管的总功率和振动功率流的计算方法.最后,采用正交试验分析了弯管结构参数的影响主次顺序,优化了管道的结构参数并使管道振动功率流降低了30.52%,同时提出了基础振动下弯管的设计流程.结果表明,本文所提出的分析方法能为基础振动下弯管的设计和选型提供理论依据.