介绍了自行研制的纯水卸荷溢流阀的结构特点及工作原理,并对其进行了实验研究,测试了其静动态性能,分析了影响纯水卸荷溢流阀动态特性的因素。试验研究结果表明该阀在额定压力下,其静动态性能可满足使用要求。

应用流场数值模拟技术,在不同结构参数、压力、流量等条件下,对先导式纯水溢流阀主阀流道内的流场流态进行动态仿真.分析了结构参数对流场流态及压力-流量特性的影响,在此基础上确定了影响阀静态特性的主要结构参数.结合仿真结果,对结构参数进行优化设计,并对先导式纯水溢流阀静动态特性进行实验研究.结果表明所研制的先导式纯水溢流阀滞徊小于3%,定压精度大于88%,压力上升时间小于0.075 s,压力超调量低于14%.利用流场仿真技术对溢流阀进行优化设计,不仅能够提高溢流阀的静态性能,同时还能够改善其动态响应特性.

针对水液压直驱球阀,研究了球阀的阀座上是否存在倒角的2种不同阀口形式对阀芯所受稳态流体作用力特性的影响;采用基于COMSOL Multiphysics的CFD仿真的方法,分别对2种阀口形式下,阀芯在不同阀口开度、不同进出口压差下所受稳态流体作用力进行了数值求解,并对比了2种阀口形式下的通流流量大小,最后,对仿真结果进行了网格无关性验证。结果表明,阀口形式不同时,阀芯所受的稳态流体作用力的大小和方向不同,阀口的通流流量不同;网格无关性验证仿真结果是可信的,此研究可用于指导直驱球阀的结构优化设计。

传统水液压节流阀阀口形式多为球阀式和锥阀式,具有良好的阀口密封性,但其存在着流量分辨率低和阀口特性线性度差等缺点。设计了一种新的非全周开口滑阀阀芯,其阀口形式由该非全周开口滑阀阀芯和空心圆柱阀套构成,具有阀芯行程大的特点。该研究进行了CFD仿真分析,结果显示,非全周开口的阀口形式保证了高线性度的阀口特性,阀芯行程的增大提高了阀口的流量分辨率,该阀口形式能够适应水液压传动系统高精度控制的应用需求。

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。

为充分利用水压人工肌肉高输出重量比的优势,设计双作用水压人工肌肉关节。通过对水压人工肌肉的力学特性进行理论计算分析,结果表明,水压人工肌肉输出力大而收缩位移有限,因此,关节设计的关键在于放大收缩位移并降低传动丝载荷。采用滑轮组与关节轴承相结合的方式,放大水压人工肌肉的有效行程并降低传动丝的载荷,实现了关节的大范围运动。此外,进一步开展了双作用水压人工肌肉关节的模块化设计,为实现多关节串联扩展设置电、机械和水液压接口,设计传动丝的连接结构及空间布局,对紧凑化结构进行了强度分析。模块化双作用水压人工肌肉关节的设计能够为进一步研发多自由度水压人工肌肉机械臂奠定基础。

为了研究水压人工肌肉在水下的性能演化规律和可靠性,设计了水压人工肌肉水下驱动试验系统。根据水压人工肌肉样本型号,分析水压人工肌肉的力位移特性。设计不同收缩量时的水压人工肌肉循环载荷试验结构和弹簧参数。搭建水压人工肌肉水下驱动试验系统,对试验台进行基本功能调试。完成水压人工肌肉在斜坡信号和正弦信号两种工况下的调试,得到了水压人工肌肉力位移特性曲线。试验系统在加载和采集数据中可以正常工作,为下一步水压人工肌肉在水下的研究提供条件。

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。

针对纯水换向阀在突然切换时易产生严重冲击的问题，提出一种改进的纯水换向阀优化结构．通过设计和研制新型纯水换向阀，改变传统的间隙密封为直接密封，合理设计主阀芯与主阀套的压紧力，使先导阀阀口阻尼器与主阀敏感腔匹配．应用计算流体动力学（CFD）技术，对纯水换向阀主阀内流道的流场进行动态仿真，并优化流道结构．对所研制的纯水换向阀进行静、动态试验和寿命试验．结果表明，纯水换向阀的动态响应特性较好，换向迅速，换向冲击小，连续换向达万次后，主要零部件无异常现象．研制的纯水换向阀的性能基本达到了现有同类油压换向阀的水平．

研制纯水溢流阀面临腐蚀、气蚀破坏以及高压下密封困难等诸多技术难题.文中简要介绍了自行研制的先导式纯水溢流阀的工作原理、结构特点以及材料选择并对其进行了实验研究测试了其静动态性能以及稳态压力-流量特性分析了影响先导式纯水液压溢流阀动态特性的因素.实验研究结果表明该阀在额定工作压力14MPa下其静动态性能可满足使用要求.