为了提高操舵系统可靠性和安静性,以新型电液操舵装置为对象,将装置启停过程精细地分为三个阶段,建立了这三个阶段的液压冲击数学模型。基于数学模型,提出了减小启动阶段液压冲击的“快-快-慢”装置运行控制方法和减小停止阶段液压冲击的“慢-快-快”装置运行控制方法,仿真验证两种控制方法正确有效,可有效降低装置启停过程中的液压冲击。

非对称液压缸工作时具有占用空间小、出力大、可靠性高等优点,约80%的液压系统均使用非对称液压缸。由于非对称液压缸两侧的有效作用面积不等,两腔进出口流量不相等,导致负载方向发生变化时,作动器会出现速度和压力振荡,严重影响电液作动器的可靠性与稳定性等技术指标。首先,在对非对称式电液作动器产生速度和压力振荡的原因进行理论分析的基础上,开展对基于非对称液压缸的闭式电液作动器液压系统架构研究,提出新的系统架构,对作动器的四象限工作特性以及稳定性进行分析。最后,在AMEsim平台上搭建作动器模型,分析作动器在负载换向时的动态特性及稳定性。结果表明,本文提出的作动器模型具有良好的稳定性,对推进非对称式电液作动器的广泛应用具有重要意义。

操舵系统噪声是潜艇隐身工况下的主要噪声源之一。首先结合操舵系统构成,从舵叶、传动装置以及舵液压系统3个方面,梳理各组件噪声源,提出减振降噪设计措施。然后,从使用维护角度给出低噪声操纵的使用建议。舵液压系统是操舵系统的驱动设备,也是主要噪声源,将舵液压系统噪声源按照运行稳态和瞬态工况划分为6大类,重点分析噪声作用机理及其控制措施。最后,指出基于直驱式伺服控制原理的新型电液操舵装置是未来发展趋势。

为掌握液压泵全寿命周期健康状态,提出一种基于改进VMD算法的液压泵寿命状态检测方法。针对变分模态分解中难以确定分解层数和分解带宽的问题,引入萤火虫算法对VMD初始参数组合进行优化,通过仿真分析验证该方法的有效性。开展液压泵加速寿命试验,提取液压泵不同寿命阶段出口压力脉动信号,应用改进VMD算法进行分解,计算各IMF分量的能量占比、IMF重构信号的能量熵及时域指标作为12维状态特征样本库,建立结构为12-20-5的DBN神经网络进行液压泵寿命状态识别。分析结果表明,该方法在泵全部寿命阶段均能保证较高的识别准确率,平均准确率达到97.4%,为液压泵寿命状态检测提供了新的方法。

内啮合齿轮泵结构紧凑,振动噪声低,发展优势明显。为深入掌握内啮合齿轮泵发展动态,首先介绍了渐开线和直线共轭两种内啮合齿轮泵的结构特点,分析了不同类型内啮合泵的优缺点;其次总结了两种类型内啮合齿轮泵产品发展现状和新产品的开发动态,梳理了当前关于两种类型内啮合齿轮泵的研究热点和技术方向;最后指出了我国内啮合齿轮泵产品发展所面临的严峻形式,对全面理解内啮合齿轮泵,推动国产化内啮合齿轮泵的技术进步具有参考意义。

摩擦副的综合性能决定液压泵的工作寿命,良好的摩擦副材料匹配方案是提高其性能的关键。通过分析国外某齿轮液压泵关键摩擦副材料,制备出一种性能相近的国产球墨铸铁材料。在摩擦磨损试验机上测试2种材料的减摩耐磨性能,通过观察磨损表面形貌确定其磨损机制;通过分析机械性能、显微结构与热学性能找出2种材料的性能差异并分析原因。结果表明:通过优化C、Si的质量分数制备出的国产球墨铸铁材料硬度较进口材料提高28.79%、热膨胀系数降低1.68

合理地选取齿轮的变位系数,是降低困油容积和流量脉动的有效措施。为具体分析变位系数对内啮合齿轮泵困油容积和流量脉动系数的影响,根据啮合定理建立渐开线内啮合齿轮泵的数值模型,采用扫过面积法求解内啮合齿轮泵的困油容积和瞬时流量,并分析困油容积和流量脉动随变位系数变化所受到的影响。结果表明:在其他参数保持不变的情况下,总变位系数不变时,随着小齿轮变位系数的增大,困油容积先减小后增大,瞬时流量逐渐增大,流量脉动率减小。

采用直驱式伺服控制的新型电液舵机系统具有非线性程度高、系统响应慢、易受外界负载扰动等特点,传统的PID控制器无法抵抗外界干扰,对大工况变化系统控制效果差。为克服传统PID控制器的缺点,安排了过渡过程,调节系统的响应过程以降低启停过程的动态冲击;设计了扩张状态观测器,估计补偿系统受到的水动力负载扰动;进一步通过非线性控制规律组合,增加了系统的响应速度。基于设计的自抗扰控制器,采用了MATLAB和AMESim联合仿真研究。与传统的PID控制器对比:运用自抗扰控制的电液舵机,启停过程更加平滑;控制特性不变的情况下系统抗干扰能力得到进一步增强。

电液舵机的核心动力单元是由电机-泵构成的液压泵机组,可靠性和安静性是其关键性能指标。液压泵机组不对中会造成轴承磨损,降低液压泵机组可靠性,产生故障特征振动线谱,降低舰船安静性。梅花形弹性联轴器具有结构简单、补偿能力强、减振缓冲性能好等优点,已应用于舰船电液舵机动力单元。建立梅花形弹性联轴器偏角不对中的力学模型,理论分析了液压泵机组的振动特性,通过实测结果验证了理论分析的正确性,为使用梅花形弹性联轴器的液压泵机组不对中故障诊断提供理论基础与试验依据。

电液步进缸的电液作动器能够有效减少液压系统的重量，降低管路噪声，优化流量脉动，控制溢流噪声，使得电液步进缸得到广泛的研究和应用。但是电液步进缸的跟随特性不能满足某些工程场合的需求。为了提高电液步进缸的跟随特性，根据评价跟随特性的稳态误差指标及稳态误差产生原因，推导出了基于电液步进缸稳态误差的时域模型，并提出参数调整结构。在此基础上对电液步进缸的可变参数蜀进行调整，利用AMESim软件仿真分析电液步进缸典型运动状态下合适的K数值，最后通过对电液步进缸进行空载和加载试验获得稳态误差的实验结果。结果表明，电液步进缸的稳态误差在要求的范围内，证明了电液步进缸稳态误差时域模型的正确性以及控制算法的有效性和稳定性。