针对油液混合动力挖掘机能量损失较大、能量回收效率偏低等问题,提出基于复合液压缸和蓄能器的混合动力挖掘机机械臂势能回收系统.复合液压缸由有杆腔、无杆腔和配重腔3个容腔组成.配重腔与蓄能器相连,提供机械臂负载平均值;有杆腔和无杆腔分别与泵/马达的2个进出油口相连构成闭式系统,通过泵/马达向有杆腔或无杆腔提供高压油液从而驱动机械臂动作.通过仿真分析验证系统的节能效果;建立系统数学模型,分析系统控制性能和液压元件之间的动、静态关系及能量损耗;提出基于瞬时优化控制的能量管理策略.通过仿真及数学模型的分析结果表明,势能回收系统可以提高机械臂能量回收效率,减小能量损耗,发动机最大输出功率可以减小27%,通过能量管理策略可进一步将发动机最大输出功率减小44%.

针对传统鱼雷舵机电液伺服驱动系统中存在的压力脉动大、工作效率低等问题,提出了一种基于电动静液作动器的鱼雷舵机系统,采用交流伺服电机通过联轴器驱动微型液压泵,控制微型定量泵的旋转速度,改变进入整个鱼雷舵机的流量,最终实现鱼雷作动器的精确运动,能够有效减小系统脉动,并提高系统效率至70%以上。通过鱼雷舵机伺服系统的计算,对其必要元件选型,并采用AMESim仿真,当作动缸末端位移量在0.021 m趋于平稳时,此时EHA舵机系统受力均大于2500 N,调整时间为0.2 s,且幅频特性为16 Hz,相频特性为41 Hz,保证了鱼雷舵机系统的快速响应,仿真结果满足工作需求,对鱼雷舵机的研发有重大理论意义。

传统柔性压力传感器采用离散电容结构,传感器空间分辨率受到最小离散单元的限制。对于作用面积较小的外力接触,现有柔性传感器仅能通过减小离散单元面积确定接触位置,而离散单元过小则会造成制作困难、接线复杂、成本升高。为解决微小接触面积下空间分辨率偏低问题,提出了一种基于整体介质层耦合结构柔性传感器,通过建立传感器接触及扩散电容单元的数学模型,能够在不降低电极面积的情况下,通过接触及扩散电容对接触位置进行准确判断,显著提升柔性压力传感器的空间分辨率。仿真及试验结果表明:所设计的基于耦合介质层8×8阵列传感器的受力模型获得了0.2 mm×0.2 mm的空间分辨率,在较低的制作成本以及传感器尺寸稍大的前提下,大大提高了阵列传感器的空间分辨率。

柔性致动器具有柔顺性高、环境适应性强及人机交互性好等特点。针对传统柔性制动器刚度控制性能差的问题,基于柔性伸长肌和收缩肌的拮抗机制,提出一种新型可变刚度的流体驱动柔性致动器,该致动器能够实现伸长/缩短的复合动作,并通过协同调整伸长和收缩力实现刚度的控制;基于伸长及收缩织物的柔性形变机理,建立了柔性致动器的力学特性模型,并进行了仿真分析;开展了柔性致动器的力学特性试验,测试了致动器在不同充压及形变位移下的力学特性,并验证了柔性致动器的刚度调节特性。

随着我国太空、深海、极地等战略新疆域的提出,极端的操作环境和恶劣的低温条件也给液压元件和系统提出了更高的要求。尤其在低温环境下,液压元件摩擦副的配合间隙会随着温度变化,液压油的运动黏度会显著增大,液压执行单元的冷态启动也会受到严重影响,从而影响整个液压系统的正常工作。综述低温环境下液压元件和系统的工作特征,包括低温环境下液压油的黏温特性、液压元件摩擦副以及液压系统低温启动等,并阐述低温环境下液压系统防冻的解

针对油液混合动力工程机械能量损失较大、能量回收效率偏低以及控制策略相对单一等问题,从混合动力系统液压原理和控制策略2个方面分析.将油液混合动力工程机械液压系统分为泵控液压系统、二次调节液压系统和复合结构液压系统3种形式,研究液压系统的设计思路和工作原理,将油液混合动力工程机械控制策略分为门限值控制策略、模糊控制策略和优化控制策略3类,分析适用工况,对比油电混合动力汽车控制策略与油液混合动力工程机械控制策略.油液混合动力工程机械的发展方向包括利用泵控系统代替阀控系统、开发储能元件、设计针对工程机械结构特点的控制策略以及控制目标多样化.

根据试油试采工况的特点与需求,提出采用液压泵/马达作为平衡配重的移动式试油试采系统.试油试采系统采用开关磁阻电机作为主驱动电机,采用液压泵/马达和蓄能器作为配重.在下冲程时将抽油杆势能和主驱动电机输出的能量储存,在上冲程时将储存的能量释放,液压泵/马达和蓄能器组成的配重与主驱动电机共同提升抽油杆.利用质量集中法,将试油试采系统简化为三质量二联结系统,建立系统动力学模型,通过Simulink仿真得到系统动力学特性,包括抽油杆位移和速度、液压系统压力以及主驱动电机的功率.通过分析仿真结果可知,系统满足试油试采作业对于冲程冲次的要求;通过液压平衡配重提高了能量利用率,可以减小系统装机功率64.3%;电机运行工况得到改善,不对负载提供阻力矩,无负功工况,减小了对电力系统的冲击;系统结构紧凑,集成度高,便于运输.

水下攻千斤作业是沉船打捞的关键环节。设计一种基于非开挖钻进的水下攻千斤电液驱动系统,对钻进过程的钻进及旋转负载进行研究,分析钻头承受的切削阻力、海底泥压力、冷却液作用力以及钻杆受到的摩擦阻力的影响,并基于压力流量复合控制提出了水下非开挖钻进电液驱动系统,采用比例溢流阀控制液压马达两腔压力,采用比例换向阀控制进入液压马达的流量。采用AMESim软件对水下非开挖钻进电液驱动系统进行仿真分析,结果表明,其基本能够实现在不同海底地质条件下恒压连续钻进,保证沉船打捞水下攻千斤作业的顺利进行。

为测量低速域水下遥控机器人水动力系数,设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离,以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求,设计了包括由卷扬机和直线导轨驱动的拖曳试验台以及由伺服电机与旋转减速器驱动的旋转试验台的试验系统。

比例阀放大板作为电液比例阀的配套控制设备，能够驱动阀芯运动，同时采集阀芯位置反馈，形成控制闭环。为探究一种新的比例阀放大板测试技术，采用NI—PXI平台和LabVIEW软件，对比例阀进行了硬件在环仿真。在PXI实时系统环境下，采集比例阀放大板驱动信号，搭建比例阀传递函数模型，通过模拟阀芯位置传感器将计算结果反馈至比例阀放大板。结果表明采用硬件在环仿真方法，可在一定程度上用比例阀硬件在环仿真模型替代实际比例阀，完成与放大板组成的闭环控制。