新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩檫力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。     

基于SimHydraulics的水力凿岩机冲击系统动态仿真

以自行研发的后控式SYYG65型水力凿岩机冲击系统为研究对象,在Matlab中应用SimHydraulics工具箱,建立水力凿岩机冲击系统动态仿真模型,实现流体/机械的混合仿真.建模过程不考虑系统运行状态的转换,简单有效地实现了活塞和阀芯在水压力作用下的耦合计算.在泵供水流量为120 L/min,减压阀卸荷压力为16 MPa时,对系统进行仿真计算,获得了在此条件下冲击机构运动与活塞前后腔压力变化典型曲线,并与实测结果进行比较.同时,运用这一动态仿真模型对蓄能器参数进行优化计算.研究结果表明:在有效容积为0.24～0.27 L和充气压力为5.00～5.75 MPa的最优工作参数下,SYYG65型水力凿岩机冲击系统能量利用率有显著提高.该SimHydraulics仿真模型对水力凿岩机冲击系统参数设计和优化匹配研究是有效的.     

基于Matlab的微型发动机燃烧过程仿真建模

为研究微型HCCI自由活塞发动机的工作性能,应用Matlab软件对其单次冲击的燃烧过程进行仿真建模,分别建立考虑传热、漏气的零维总包化学动力学模型和理想气体模型,并将仿真计算结果与试验结果进行比较.运用传热漏气模型对微型HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到自由活塞初始速度对工作压力、温度、活塞运行位置的变化规律的影响以及不同初始速度下自由活塞的运动特性.结果表明气体泄漏和传热对燃烧过程影响较大,考虑传热漏气模型的微燃烧模拟结果与试验数据吻合较好,为微动力装置的性能评价和设计提供理论依据.     

高速气缸新型缓冲装置及其性能

压力释放型高速气缸缓冲装置存在适应气缸活塞速度变化范围有限、最佳缓冲状态调节困难的缺点,其主要原因是气体的可压缩性大,压力释放阀达到开启条件时无法保证直至气缸抵达终点一直处于开启状态,存在反复启闭的现象,同时压力释放阀的排气速度无法与气缸的运行速度相适应.有鉴于此,文中提出了一种由压力释放缓冲组件和可调余隙组件组成的新型缓冲结构,通过仿真验证了当气缸可移动部件质量为6kg时,新型缓冲装置可以通过分段调节压力释放阀的弹簧压缩量和气缸背压腔的余隙容积实现气缸最高速度在2.3~3.7m/s区间内的良好缓冲.当固定气缸活塞最高速度为3.0 m/s时,改变气缸可移动部件的质量进行进一步仿真,发现该新型缓冲装置在负载质量改变时依然有良好的缓冲调节性能.     

初始进气阶段气缸的运动特性分析

利用流体分析软件Fluent及其前处理软件Gambit对气压传动执行元件气缸的内部流场进行数值模拟,讨论了气缸内气体的压力分布,应用ADAMS软件对活塞的运动过程进行仿真分析,分析了长行程气缸运行过程中速度与推力之间的关系及其运动特性,为试验装置的应用及结构优化研究提供理论依据。     

对置式液压自由活塞发动机活塞液力控制策略

利用Matlab/Simulink软件耦合Amesim软件建立了对置式液压自由活塞发动机(OPHFPE)联合仿真模型.针对OPHFPE在工作过程中的不稳定性,提出了基于活塞位移、速度以及高压油压力的PI反馈控制与预测发动机运转状态的前馈控制相结合的活塞液力控制策略.仿真研究表明:在活塞液力控制策略的调节下,OPHFPE系统可以连续稳定运行,具有良好的鲁棒性.     

自由活塞直线发电机总体参数设计方法

为获得自由活塞直线发电机总体参数的设计方法,基于发电机工作特点和运行规律,研究了主要结构参数与性能参数之间的匹配关系,包括气缸工作容积与输出功率、最高燃烧压力与气缸工作容积、压缩比与活塞质量及电磁负载与输出功率,由此构建了一种自由活塞直线发电机总体参数匹配模型,进而总结出一种利用振动特性的自由活塞直线发电机总体结构参数设计方法。利用该方法完成了一台原理样机的设计,并通过仿真和试验进行了验证,试验结果表明:仿真和试验的运行频率与设计目标最大误差为13.4%,最高燃烧压力最大误差10.5%,输出功率最大误差为6%,接近设计目标值。     

半浮式活塞销噪声产生的机理研究

综合采用有限差分法和基于模态压缩法的多体动力学仿真方法对活塞连杆组进行了考虑活塞销轴承混合润滑的动力学分析.研究了半浮式活塞销噪声的产生机理,并考察了活塞销轴承间隙、最大爆发压力、发动机转速对活塞销噪声的影响.结果表明:活塞销噪声主要来自于活塞销与连杆小头衬套间的碰撞,且活塞销噪声发生在其受到的活塞销座作用力方向的反转时刻附近;若活塞销轴承间隙越大、发动机转速越高,活塞销与小头衬套间的碰撞越激烈,活塞销噪声越大,最大爆发压力对活塞销噪声的影响很小.      

双行程集成气缸的设计及动态特性研究

设计了一种新型结构的集成式双行程气缸,在对其运动过程进行分析的基础上,利用热力学和空气动力学的基本理论对集成气缸的动态特性进行分析,建立了动态特性数学模型,并以MATLAB软件作为仿真平台,采用四阶Runge-Kutta法进行仿真并输出各腔的压力、活塞杆位移和速度曲线.     

液压冲击锤瞬态冲击动力特性分析

基于弹性体一维振动瞬态应力波传播理论,建立了液压冲击锤活塞与钎杆冲击过程的双柔性杆共轴纵向碰撞计算模型.应用瞬态波函数特征值展开法求解冲击过程中各冲击部件的位移-时间瞬态响应函数,进一步分析了冲击过程中钎杆和活塞的应力波传播规律及各截面的冲击动力特性.文中还分析了液压冲击锤在不同钎杆长度、钎杆直径及活塞初始冲击速度下对冲击部件冲击过程瞬态动力响应的影响.钎杆长度变化对冲击过程撞击力影响不大,随着钎杆长度变短,活塞进入反弹的时间加快;钎杆直径增大时,撞击力幅值增大,破碎能力增强,冲击能量利用率降低;活塞初冲速度增大时,撞击力成比例增大,冲击锤破碎能力迅速提升.文中结果可为优化液压冲击锤系统结构、合理设计冲击破碎性能、合理调节冲击施工参数提供理论依据.     

发动机活塞拍击动力学分析及活塞表面磨损预测

针对活塞在缸内的拍击直接导致了活塞和气缸套摩擦磨损的问题,提出在多体动力学分析软件AVL-EXCITE中建立包括活塞、气缸套、活塞环组、活塞销以及连杆的模型,输入发动机相关结构参数和工况条件,进行了活塞拍击动力学仿真,利用模拟结果数据预测活塞表面磨损趋势和分析了活塞型线的变化.结果表明:活塞拍击运动参数随活塞和气缸套之间的间隙变大而增大,本来有中凸型线的活塞变成倾斜圆筒活塞.模拟结果跟实际观察结果相对比,二者有比较好的一致性.     

衬砌钢模台车液压系统分析与仿真

对衬砌用双曲面钢模台车液压系统的工作原理做了具体的分析,并以提升顶模的液压缸为研究对象,使用Matlab/Simulink软件包对设计的液压系统进行仿真分析,得出了液压缸活塞工作过程中各参数变量(位移、速度)随时间的变化曲线.并对曲线进行了分析,进而对系统设计提出合理的改进方案.通过仿真结果曲线可以知道仿真参数对系统性...     

基于无线传输的内燃机活塞组-缸套摩擦力测量方法

探讨了平均指示有效压力法测量活塞组-缸套摩擦力的原理,给出了活塞组及连杆的惯性力计算方法,利用无线传输方法实现了连杆应力信号的可靠传输,并通过倒拖试验得到了不同转速条件下柴油机活塞组-缸套系统的摩擦力.     

液压助力转向系统的仿真分析

综合考虑汽车液压助力转向器中的机械子系统与液压子系统，将二者结合到一起，建立汽车液压助力转向器的数学模型，并建立汽车液压助力转向器的Matlab Simulink仿真模型．对液压系统供油量、扭杆弹簧的刚度和转向油缸工作面积选择不同的参数进行仿真；并对仿真结果进行对比和分析，结果是系统的供油流量和油缸活塞面积对齿条位移的动态响应影响比较大，而对扭杆刚度的影响比较小．     

基于Ls-dyna的射流式冲击器冲锤结构

基于Ls-dyna显式非线性动力学分析方法,建立"冲锤-钻头-岩石"碰撞模型,对射流式冲击器冲锤结构参数进行研究.分析等速度等质量冲锤与不同种类岩石撞击时,冲锤长度及直径变化对能量传递的影响.结合应力强度分析,探讨射流式冲击器冲锤合理结构.研究结果表明:岩石吸能值随冲锤直径减小单调提升;冲锤长度存在最优值,超过或低于最优值,岩石吸能值均减少;岩石可钻性等级或冲锤冲击末速度越高,冲锤结构改变对碎岩影响越小;最大应力始终出现在钻头尾部,相对面积小的撞击面边沿会出现应力集中,冲锤设计需兼顾钻头许用强度.     

三缸CPICP曲柄连杆机构的优化

建立了三缸约束活塞型内燃式水泵曲柄连杆机构的优化模型,通过Matlab语言程序对其进行优化设计.对优化前后的结果进行分析,优化后曲柄连杆机构的质量减少了33.58%,摩擦功率损失减少了26.60%.并对此系统进行了仿真分析,与优化前的有效功率相比,改善非常明显.从而验证了三缸约束活塞型内燃式水泵曲柄连杆机构的优化模型的正确性与精确性.     

液压缸轴向承载能力及两端摩擦影响研究

综合两端摩擦、配合间隙和自重等因素影响,建立液压缸最大轴向承载力理论计算模型,研究了两端摩擦对轴向承载能力的影响规律,并借助有限元软件ANSYS模拟仿真,最后利用相关试验数据进行验证.结果表明:所建立理论模型计算的最大轴向承载力与试验测试结果误差为13.5%,该理论模型是可信的;随着活塞杆、缸筒长径比减小或摩擦因数增大,液压缸最大轴向承载力增加,但是过大的摩擦因数会改变液压缸两端的连接状态,使其由滑动状态转变为相对固定状态,进而导致轴向承载能力突然增大;随着活塞杆、缸筒长度的减小或活塞杆直径的增大,摩擦对轴向承载能力的影响增强,但缸筒内外径改变时摩擦对承载能力的影响基本不变.研究结果可为液压缸的设计及性能校核提供重要的参考依据.     

Simulation on the impact pneumatic cylinder with a reservoir

We proposed a novel impact pneumatic cylinder with a reservoir connected to the inlet chamber so that the pneumatic cylinder can achieve a high speed. A reservoir with high-pressure air enabled the cylinder to achieve considerable acceleration when it began to work. We established a mathematical model to simulate the behaviors of an impact pneumatic cylinder, focusing on the relationships of the maximum piston speed with the air supply pressure and the reservoir volume. The results show that the reservoir can help significantly enhance the pneumatic system velocity. When the reservoir volume is less than double the cylinder volume, an increase in the reservoir volume is more effective in increasing the maximum piston velocity.     

液压凿岩机冲击系统波动力学建模与数值分析

液压凿岩机是以高压油作为动力,推动活塞撞击钎杆进行工作的冲击机械.冲击系统是液压凿岩机的关键部件,其性能好坏直接影响着液压凿岩机的工作性能.本文以某套阀型液压凿岩机冲击系统为研究对象,基于波动力学理论、测试技术以及数值模拟技术,进行冲击系统动力学特性分析与实验研究,获取钎杆在不同冲击速度下的应力波曲线,对比应力波实验测试曲线和数值模拟曲线,分析表明两者结果较吻合.通过数值仿真模拟可以加快液压凿岩机冲击系统开发进程,为其结构优化设计、改进和能效评估提供依据.