针对水下单壁钢桩切割作业需求,设计并制造水下液压钻铣切割机,以立铣刀为切割工具,使用液压缸进给、液压马达驱动铣刀钻铣及回转切割,完成切割作业。对设备的设计依据及设备的组成进行了详细描述,分析钻铣刀、驱动马达、传动系统等参数的选用,并根据设计方案制造样机。通过对水下液压钻铣切割样机的海上及车间测试,验证设备可靠性,得出样机切割效率、铣刀消耗参数等数据。实际测试表明:该设备运行可靠,且该设备加工、使用及维护成本低,适合水下单壁钢桩切割推广使用。

皮碗作为管道机器人常用动力装置,利用管道流体作用于其两端压力形成的压差作为整体装置动力来源,因其适用管道口径范围广、结构简单被广泛的关注与应用。皮碗在管中移动过程中随着管道压差变化发生相应变形,如果变形过大,可能导致皮碗脱离管壁造成驱动失效;如果管内压差及管壁间的摩擦力超出了皮碗的变形范围,则可能使皮碗发生破损。因此,皮碗结构的设计对于其自身结构强度及管道前后的通流特性具有重要意义。以外径100 mm皮碗为研究对象,通过系统仿真分别计算分析不同直径、厚度皮碗在不同压差时的最大接触应力、位移变化及管道前后两端的通流性能,得到皮碗在不同厚度和工作压差时皮碗相关性能的变化规律,为管道机器人皮碗的设计提供理论依据。

针对在大吨位沉船打捞中的升沉补偿技术,提出了一种基于韩国“世越”号沉船打捞的双驳抬吊半主动升沉补偿打捞系统,模拟了双驳共66组带有半主动升沉补偿器(SAHC)系统在类似历史海况下对沉船位姿和缆绳拉力的补偿过程。建立了半主动升沉补偿液压系统、缆绳系统与沉船运动的数学模型,以及负载-缆绳-补偿系统的耦合系统,推导了驳船各吊点的升沉补偿量。通过MATLAB/Simulink仿真系统的负载特性、缆绳拉力和沉船位姿变化。证明半主动升沉补偿对削弱负载位移和减轻缆绳拉力同时有显著作用,为实际沉船打捞中应用半主动升沉补偿技术提供了理论依据和技术参考。

再制造是能够将废旧零/部件恢复其原有尺寸和性能的一项关键技术,为此针对废旧起重机臂架的再制造设计了一种利用高压水射流清洗技术,可以自适应不同曲率、高度的新型臂架清洗装置。分析了射流打击力与漆膜附着力之间的关系,研究了喷嘴射流压力及清洗器进给速度等工艺参数对污染物清洗效率的影响,验证了清洗装置的实用性,实现了将超高压水射流绿色高效清洗技术应用于臂架清洗试验。试验结果表明：该清洗装置在喷嘴直径为0.4 mm,靶距为20 mm,出口压力为180 MPa,清洗装置行走速度为0.6 m/min时能够很好地完成清洗任务并满足工程机械汽车起重机臂架再制造清洗工序要求。该清洗装置解决了工程机械臂架表面清洗难题,为后续无损检测及修复奠定了基础。

水的黏度低,润滑和密封问题突出,水液压控制阀阀芯上所受的非线性力大,采用传统的电机械转换器,性能与油压元件差距大。音圈电机体积小,频响和控制精度高,具有较大输出力和输出位移,利用音圈电机驱动水液压控制阀,能有效地对阀芯位移进行位置控制。设计了具有直线轴承导向和阀芯位移反馈的新型音圈电机直驱水液压节流控制阀,在音圈电机数学模型和位置控制研究的基础上,基于AMESim建立了音圈电机直驱水液压节流控制阀系统仿真模型。仿真与试验结果表明,控制阀具有较高的线性度和较大的流量调节范围,控制精度高,能够满足水液压传动系统高精度控制的应用需求。

水的黏度低,水液压控制阀采用传统的电机械转换器,因润滑和密封问题其性能与油压元件差距大。压电驱动刚度大,响应快,精度高,能有效提高水液压控制阀的性能。采用球式座阀结构,通过设计合理的微调预紧机构、阀体和阀口,研制了直接压电驱动水液压节流控制阀。建立了直接压电驱动节流阀的仿真模型,仿真与静态试验结果表明,压电叠堆输入电压高时,控制阀具有相对较高的线性度;而压电叠堆输入电压低时控制刚度不足,受阀芯不平衡液压力影响,试验与仿真结果偏差大,控制阀性能不佳。采用座阀结构的水液压控制阀提高了阀口密封性,但在阀的设计和加工中应减小不平衡液压力。

水压人工肌肉与气动人工肌肉因介质压缩性差异,驱动控制过程和特性不同.为了实现对新研制的高强度水压人工肌肉的驱动控制并分析其静态特性,提出了新的水压人工肌肉压力控制回路,建立了测试试验系统.压力控制回路调压试验表明,在水液压比例节流阀10%~90%输入范围内,水压人工肌肉驱动压力可实现较大范围的线性调节;静态试验结果表明,水压人工肌肉收缩量、驱动压力和输出力满足理论关系式.所研制的水压人工肌肉能够承受4MPa的内部水压力和14kN的负载拉力,通过静态特性试验及与现有静态模型比较分析,获取了模型参数,为水压人工肌肉机械关节的驱动与控制提供了条件.

基于Fluent对全尺寸自激振脉冲射流喷嘴进行仿真研究要使自激振脉冲喷嘴产生良好的自激振效果喷嘴腔体直径、腔体长度、上喷嘴直径、下喷嘴直径、碰撞中心角等参数必须相互配合.采用无量纲量针对不同腔径、腔长、下喷嘴直径配合而成的多种工况进行仿真分析得到自激振喷嘴最优的结构参数.

以“畅通轮”尾端打捞为例，提出了沉船同步提升液压升沉补偿试验平台的结构，搭建了模拟沉船同步提升升沉补偿试验平台；针对其中的二自由度升沉补偿平台，对其进行了运动学反解，搭建了基于运动学控制的Simulink模型；结合阀控缸伺服控制系统实现了二自由度平台对波浪运动的模拟，并搭建了整个运动控制及升沉补偿控制系统的模型；通过ADAMS与MATLAB的联合仿真，验证了该二自由度平台升沉补偿控制系统的运动控制能力和动态响应能力，并对比补偿前后的升沉平台位移，证明了该系统良好的补偿特性。

水液压柱塞泵是水液压系统的关键元件，由于水介质的理化特性差异导致其泄漏、摩擦磨损、腐蚀、气蚀等现象比油压柱塞泵严重，为解决传统斜盘式水液压柱塞泵流量脉动大的问题，提出了一种新型的直线电机驱动水液压柱塞泵结构。通过研究恒流量直线电机驱动柱塞泵的可行运动规划，选取了直线电机以三角波间隔T／4相位差的运动方案，以实现双直线电机双作用水压柱塞泵实际输出较小的流量脉动。应用AMESim软件，构建了两种不同配流方式的双直线电机双作用柱塞泵系统的仿真模型。仿真发现，柱塞配流电机柱塞泵相比阀配流，其压力和流量脉动很小，其压力脉动幅度小于2％，流量脉动率仅为0．008。