以液压约束活塞发动机连杆为研究对象,采用现代优化设计方法与有限元相结合的技术,建立了连杆优化的力学模型。在保证结构强度、刚度和稳定性的条件下,进行了以连杆质量为目标函数的三维结构优化设计,结果使连杆质量更轻,结构更加紧凑。得到了一种综合考虑各种约束条件的连杆优化方法。

为提高离心压缩机气动性能,考虑二元叶轮优化多以构型参数为变量,不适用于变量间存在交互作用的三维叶片。以某三元叶轮为优化对象,考虑各变量间的交互作用,采用Bézier曲线加载叶片角,直接选取三维叶片型线为优化变量进行气动优化。结合CFD数值仿真、非线性映射能力较强的BP神经网络与全局寻优能力较强遗传算法,以提升等熵效率和压比为目标进行优化。结果表明设计工况下,优化后的叶轮等熵效率同比提升1.9%,压比同比提升0.3。三维叶片中部向吸力面偏移,叶片尾缘向压力面偏转可同时提升叶轮的效率和压比。

缸间齿轮联动液压发动机(GCHE)是一种较传统内燃机更节能减污的动力装置,曲柄连杆机构作为发动机主要的运动部件,需要进行优化设计以保证轻质高强的特性。构建了GCHE曲柄连杆机构基于响应面的近似模型,建立了连杆、曲轴状态变量的二阶响应面近似模型,并进行准确性校验。同时建立曲轴和连杆协同优化模型,完成连杆和曲轴基于响应面近似模型的协同优化设计。优化后,连杆体积减小21.47%,曲轴体积减小2.68%,曲柄连杆机构总体积减小4.75%。结果表明,优化效果显著,基于响应面近似模型的优化方法可行有效,为后续GCHE的性能设计提供了理论依据和技术支持。

单缸轴向约束活塞液压发动机作为一种新型的双元动力源,通过活塞销与柱塞的直接连接和保留传统发动机的曲柄连杆机构,使其可以同时输出液压能和旋转机械能,而且在机-液能量转化上,缩短动力传递链,减小能量损失,但是单缸发动机工作存在不稳定性,容易引起输出高压油的流量脉动较大。通过AMESim仿真软件搭建单缸轴向约束活塞液压发动机机-液工作仿真模型,对机-液动力传递链中的柱塞运动特性、泵腔流量特性、输出液压油脉动特性进行研究,仿真结果表明:柱塞运动以及泵腔的流量特性满足液压发动机设计要求,通过蓄能器的合理选用使输出液压油流量脉动得到较大改善。

针对国内外已有非开挖技术中的方向可控气动冲击矛能源消耗率高的问题,设计了一种新型的穿地龙机器人冲击与转向机构,研究穿地龙机器人在非开挖状态下的地下穿孔工作机理。制定了差动式液压缸作为动力源的冲击方案,用以完成同一动力源对机器人在直线穿孔作业和曲线穿孔工作两种状态下转向的驱动功能,保证穿地龙机器人的工作质量,增强机器人运行整体协调性。此结构的设计具有创新性,为非开挖技术提供了新的设备支持。

入口压力的变化会改变转套式配流系统内部流场的压力分布,影响系统内部空化特性。利用流场分析软件Fluent对转套式配流系统的流体域进行仿真计算,设置不同的入口压力,考察空化相关参数随入口压力变化的规律,提出开发适配转套式配流系统的新空化模型将是未来研究工作的重点,并应用YST380W型液压综合试验台对仿真结果进行试验验证。结果表明,入口压力的提高能有效降低转套式配流系统的空化程度,减小最大气体体积分数和空化占比,提高容积效率。

利用SolidWorks软件完成了三缸集成动力型水泵的三维装配体建模，将模型存储为Parasolid格式再导入ADAMS软件中，生成一个三缸集成动力型水泵的虚拟样机。通过对虚拟样机运行情况进行仿真模拟，获取水泵的瞬时流量数据，对输出流量的脉动性进行分析研究，给出理论瞬时流量与曲轴转角之间的关系曲线。仿真计算结果表明，在给定工况下，三缸集成动力型水泵流量不均匀系数为35．15％，理论平均流量为15．73m3／h。

提出了一种新型的工业用泵--呼吸泵并对他进行了初步研究.介绍了它的原理、特点、用途及设计中考虑的一些问题设计了一种具有进口单向、出口单向、出口限压等功能的集成阀.该泵具有寿命长、无泄漏、成本低、效率和扬程高等优点可用作计量泵、汽油泵、污水泵等.

论述了单缸机械-液压约束活塞发动机(MHCPE)的结构原理定义了评价系统经济性的"燃油消耗率"的概念。通过试验MHCPE转速为1000r/min～2500r/min、油门开度为30%～100%纯机械动力输出时燃油消耗率比传统发动机改善3.99%～18.91%;纯液压动力输出时燃油消耗率比传统发动机驱动柱塞泵系统改善12%～42.78%。MHCPE随着有效液压能在总能量输出中比例的增加相比传统的发动机或发动机驱动柱塞泵系统经济性改善更加明显。

对机械-液压约束活塞发动机多学科协同优化设计框架的原理和要求进行了论述，介绍了框架的实现方法。通过对机械-液压约束活塞发动机曲轴的协同优化，进行了框架测试，使曲轴的质量减少了20％，设计效率明显提高。