针对在大型正铲液压挖掘机工作过程中工作装置的运动以及零件的应力分布问题,在多体动力学软件MSC.ADAMS中建立了刚-柔、机-液耦合的虚拟样机,其中动臂、斗杆是柔性体,其模态中性文件在ANSYS中生成,其余为刚性体,液压系统在ADAMS/Hydraulics中建立;对整机理论最大挖掘力开展了分析,进行了最大挖掘力普查,得到了工作装置在不同位置产生的最大挖掘力;在ADAMS中对其进行了运动学及动力学仿真,分析了其在相应约束以及负载状态下以最大挖掘力挖掘和以一定效率挖掘,举升工况时部件的应力应变。研究结果表明,该仿真模型比典型的工况方法更全面地反映了工作装置的运动状况和部件的强度状况,提高了计算精度和效率,可以为挖掘机结构设计优化提供较为可信的参考。

针对液压再生制动系统的能量回收效率和制动安全性问题,对汽车液压再生制动系统的参数匹配进行了研究。建立了液压制动能量回收系统试验台,进行了蓄能器初始压力变化、系统最高压力变化、蓄能器总体积变化的实验研究;建立了液压再生制动系统试验台数学模型,基于Matlab/Simulink建立了液压制动能量回收系统的仿真模型,并进行了与台架相对应的仿真实验,研究了液压制动能量回收系统的能量回收效率;对液压制动能量回收系统进行了整车研究,采用ADAMS/car建立了某车型整车,并与Matlab进行了仿真研究。首先研究了液压制动能量回收系统单因素对能量回收效率和制动安全性的综合影响,其次采用正交实验法研究了多因素对能量回收和制动安全性的综合影响。研究结果表明,合理的液压制动能量回收系统参数能够显著提高能量回收效率和制动安全性。

针对纯电动汽车续驶里程低、蓄电池使用寿命短等问题,为提高纯电动汽车制动时的再生制动能量回收效率,通过比较多种液压制动能量回收方案与储能方式,提出了定压源飞轮液压再生制动系统。以二次元件的排量为变量对提出系统进行了原理性试验,得出了系统能量回收效率与泵/马达排量的关系;针对所提出的再生制动系统,分别进行了汽车制动工况和ECE-15工况循环仿真,分析了系统的制动能量回收利用率和节能效果;仿真结果表明了整车制动时,能量回收效率与泵/马达排量的关系;通过对比分析试验结果与仿真结果,得到了二次元件的参数和能量回收效率的关系。研究结果表明,在纯电动汽车上应用定压源飞轮液压再生制动系统,其续驶里程能提高25%左右,蓄电池放电深度降低,蓄电池的寿命也得以延长。

针对由于缺乏铲斗挖掘阻力等关键数据而导致在大型正铲液压挖掘机工作装置、液压系统设计时只能采用类比法而造成整机性能差的问题,对挖掘机斗杆挖掘阻力进行了离散元研究,提出了一套仿真评估方法运用离散元素法,在EDEM中建立了矿堆模型,通过选择Hertz-Mindlin无滑动接触模型计算了元素间接触力,模拟了大型正铲液压挖掘机斗杆挖掘工况,分析研究了挖掘过程中铲斗所受挖掘阻力。将EDEM中所得挖掘阻力加载到ADAMS挖掘机动力学模型,进行工作装置和液压回路参数校核以及挖掘阻力实验验证。研究结果表明,挖掘阻力的仿真与计算为大型液压挖掘机工作装置和液压系统设计提供了可靠依据。

为提高纯电动汽车制动时的再生制动能量回收率与汽车起步加速的动力性能,通过比较各种再生制动能量回收方案与储能方式,提出了在纯电动汽车的蓄电池回收制动能量的基础上加设液压制动能量回收系统。应用PID控制,在ECE-15循环工况下进行了仿真,并分析了整车的动力性能与能量的回收利用率。研究结果表明,在纯电动汽车上利用液压再生制动系统能够显著地提高整车的起步加速能力,并增加汽车的续驶里程28%左右。

针对大型正铲液压挖掘机工作装置结构强度的评估问题,对大型正铲液压挖掘机工作装置的结构强度进行了研究。采用离散元技术对铲斗挖掘力进行了研究,得出了工作装置斗杆挖掘等挖掘工况的动态挖掘阻力。基于MSC.Adams建立了工作装置刚体模型和刚柔耦合模型,运用刚体模型进行了工作装置最大挖掘力普查研究。最后在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加动态挖掘阻力,进行斗杆挖掘,分析了工作装置的结构强度;同时在工作装置刚柔耦合模型中,通过施加静态的最大挖掘力,分析了工作装置的结构强度。研究结果表明,工作装置的静态仿真存在着局限性,不能全面地反映工作装置的结构强度情况,并证明了动态仿真研究的重要性,初步探究了挖掘姿态、工作负载与结构强度三者之间的关系,为大型液压挖掘机工作装置的设计提供了具有价值的参考。

针对正铲挖掘机液压系统与工作装置负载的性能匹配问题,提出了多学科协同仿真方法,并应用于整机系统的性能仿真研究。为准确模拟挖掘机工作过程中各子系统的性能参数变化,基于多刚体动力学软件ADAMS建立了工作装置的机构仿真模型,并利用离散元仿真软件EDEM模拟了挖掘机不同进给深度的实际挖掘负载;然后,根据液压系统原理及控制方式,以AMESim为主仿真平台,建立了复合控制泵模型;最后,构建了全系统机液协同仿真模型。分别对液压系统工作过程中液压泵和各液压缸的性能参数进行了仿真验证,并模拟了不同挖掘负载对液压系统性能参数的影响变化。研究结果表明,该协同仿真方法能够用于对复杂系统进行准确、有效地建模,并验证了所设计的液压系统在多变负载工况下性能匹配参数的合理性。

针对企业制造的某型号液压闭门器的寿命测试合格率低的问题,对该闭门器工作时柱塞所受阻尼力进行了理论计算、仿真分析和试验测试研究。首先,在柱塞处于不同位置时,结合液压流体力学理论分别建立了闭门器的阻尼力数学模型,利用MATLAB辅助计算得到了不同状态下柱塞齿条所受压力与速度的关系曲线,对闭门器阻尼力进行了理论分析;然后,利用Fluent建立了闭门器内部流道模型,通过流场仿真得到了流道压力分布;最后,通过闭门器台架试验测得了安装闭门器后的开关门力,以及不同位置段的关门时间,并结合仿真结果对该阻尼力数学模型进行了验证。研究结果表明:理论关门力和实际关门力误差为2.6 N~3.5 N,所建立的闭门器阻尼力数学模型准确、可靠,可作为今后闭门器结构优化的基础。

针对传统液压再生制动汽车在高强度制动工况下再生制动特性差的问题,对系统的再生制动过程进行了研究,提出了一种用两个初始压力不同的小容积蓄能器作为液压再生制动系统储能单元的方法。搭建了液压再生制动系统试验台架,通过台架实验分析了蓄能器各主要参数对再生制动过程的影响,在ADVISOR平台中搭建了双蓄能器并联式液压再生制动车辆模型,对系统的制动特性进行了仿真研究。研究结果表明：液压再生制动系统提供的制动力矩与蓄能器压力成线性关系,且蓄能器体积越小,压力上升越快;采用双蓄能器进行液压再生制动可有效增大系统再生制动力矩的取值范围,提高系统能量回收效率。

为准确分析装载机工作过程中工作装置的运动以及零件的载荷和强度状况，采用多体动力学仿真软件MSC-ADAMS及其液压模块，建立了工作装置的机械一液压耦合仿真模型。其中机械模型为刚柔耦合模型，动臂、连杆、摇臂是可变形的柔性体零件，用有限元软件ANSYS构造，其他为不变形的刚体零件。对装载机工作装置进行一个工作循环的仿真，结果表明仿真模型全面反映了工作装置的运动状况和零件的强度状况。