5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床弹性动力学分析

结合有限元法和子结构法建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的弹性动力学模型。首先,将系统划分为不同的子结构,根据空间柔性梁理论求出单元动力学方程,根据关节特点将各个梁单元组装成各个驱动分支;根据分支与动平台的运动学/动力学约束,将各个分支进行装配,从而得到系统动力学方程。以5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床作为算例,求出其动平台中心的动态响应特性。通过比较5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床及5-UPS/PRPU非冗余驱动并联机床动平台的动态响应,可以得到结论：冗余驱动可以明显改善该机床弹性动力学特性,从而减小因弹性变形引起的误差。研究结果为结构设计人员进行结构设计及优化提供可靠的依据。     

弹性支承高速喷漆涡轮系统动态特性研究

将一类高速喷漆涡轮系统机架与转子间精密滚动球轴承用约束矩阵来描述,进而将涡轮系统考虑成柔性、耦合双弹性梁,运用模态综合法建立其动力学模型.考虑转子前后两端喷杯及底盘偏心,建立双面离心力作用下的转子子系统强迫力模型.据此,研究了耦合系统固有频率、主模态等动特性,分析了转子末端动态响应.     

对夹式止回阀开启过程动态特性分析与改进

为研究对夹式止回阀流道的线型对流场规律的影响,对开启过程中的较高流速流体进行动态模拟。采用计算流体力学方法,建立了对夹式止回阀阀瓣运动方程、阀体优化方程及二维几何模型、阀内流场模拟控制方程,借助Fluent软件使用动网格技术及UDF程序,对改进前后模型的开启过程分别进行非定常流动的动态模拟分析,并对阀体结构进行改进设计,获得不同模型阀内流场的压力和速度分布规律。结果表明:改进流线后模型阀瓣开启过程阀内压力阶梯性降低幅值和负压区减小,阀瓣外边缘处流速突变减弱,阀内流道漩涡减少,阀门流阻系数降低,阀内流体流动更加稳定。研究结果可为止回阀结构的参数化优化设计提供参考。     

弹性支承高速喷漆涡轮系统动态特性研究

将一类高速喷漆涡轮系统机架与转子间精密滚动球轴承用约束矩阵来描述,进而将涡轮系统考虑成柔性,耦合双弹性梁,运用模态综合法建立其动力学模型。考虑转子前后两端喷杯及底盘偏心,建立双面离心力作用下的转子子系统强迫力模型。据此,研究了耦合系统固有频率,主模态等动特性,分析了转子末端动态响应。     

基于动网格的液压锥阀动态特性研究

采用动网格技术建立了液压锥阀动态特性分析的三维数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。分析了不同弹簧刚度下,液压锥阀开启过程流量和瞬态液动力的变化情况;对比了仿真得到的稳态流量、稳态液动力与理论计算结果,仿真值与理论值较吻合;得到了弹簧刚度对液压锥阀开启过程中阀芯位移、速度以及加速度的影响规律。仿真结论可以为液压锥阀的设计及优化提供依据。     

水泵—蓄能器式水压机微型计算机控制系统

本文叙述了一种用于水泵——蓄能器式水压机的微型计算机控制系统实现水压机上砧位置控制和主阀数字随动控制。阐明了控制系统组成总体方案、控制原理、多重中断处理以及系统应用软件的构成及其设计特点。此外还介绍了液压机主阀按正弦规律开启的控制方案和程序实现方法。     

安溢活门动态特性的流固耦合数值分析

采用流固耦合数值模拟技术研究安溢活门/气罐系统充放气动态特性。计算中所用流体控制方程为三维Euler方程,采用非结构网格有限体积格式求解;固体结构的运动方程由拉格朗日方程导出,采用纽马克方法求解。提出可变边条零厚度虚拟挡板技术,模拟主活塞由闭到开的瞬态过程。计算得到开阀和关阀过程中弹性元件的动态响应特性,结果表明,主膜片在行程上限和下限处均产生高频振荡运动,在开阀和关阀瞬间主膜片受到冲击载荷作用,并且关阀时载荷出现振荡。这种振荡冲击可能是导致活门鸣叫和膜片破坏的原因。     

液压挖掘机回转传动机构-工作装置的系统动态方程

以液压挖掘机回转传动机构一工作装置系统为研究对象,在考虑齿轮啮合时变刚度的情形下,建立回转传动机构的动力学模型;然后根据金属材料的特点,运用有限元法建立变截面梁单元的动力学模型;再在回转传动机构和金属材料变截面梁单元动力学模型的基础上,应用有限单元法建立液压挖掘机回转传动机构一工作装置系统的耦合动力学方程.所建方程较好体现了该系统动态性能与其结构参数和运动参数之间的内在关系,表达了以往方程未能反映的动态性能.最后通过实例进行对系统的动态特性进行仿真分析.     

2D阀控大流量高速开关阀的研究

为控制高速液压缸设计了大流量高速开关阀,开关阀采用二级结构,先导阀为2D高频伺服阀,主阀为大通径滑阀。主阀采用并联双节流边的结构,减小主阀芯行程,减小所需导控流量,减小阀芯尺寸及质量,提高主阀动态响应特性。主阀采用负开口设计,设置死区,确保主阀完全导通过程的快速性。对主阀芯进行了动力学分析,并在MATLAB上建立了阀芯开启时的运动模型,进行了仿真研究。     

超磁致伸缩喷油器阀口开度建模

设计一种超磁致伸缩喷油器,其特点为超磁致伸缩致动器直接驱动针阀。将整个系统视为单自由度线性系统,建立了系统的动力学方程,求解得到无针阀阀体撞击时的阀口开度表达式。利用初速度分析了撞击对阀口开度的影响,并分析了静止位置和频率比两个可控参数的影响。得到稳态平衡位置要略低于静止位置,才能保证针阀无激励时可靠关闭;频率比高于5时,棒伸长量的95%都用于开启阀口的结论。     

基于CFD的液压锥阀开启过程流固耦合分析

液压锥阀广泛应用于液压系统的流量、方向控制当中,其开启过程的性能尤为重要。基于动网格技术和流固耦合理论,建立了液压锥阀开启过程的三维流固耦合数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。得到了液压锥阀阀芯的运动情况,对比了阀芯稳态位移仿真值和理论值,仿真值与理论值较吻合;在此基础上,得到了液压锥阀开启过程瞬时的流场、阀芯应力分布规律,并分析了阀芯所受应力集中区域应力数值随时间的变化情况,为液压锥阀的设计及优化提供了依据。     

高速径向柱塞泵配流阀的动态特性与结构优化研究

针对高速液压泵的研制过程中,配流阀响应频率与泵转速的匹配问题,对柱塞泵系统的流量特性、配流阀滞后问题及结构优化进行了研究。通过阀芯力平衡方程,建立了配流阀动力学模型,基于经典控制理论,通过求解力平衡方程确定了系统传递函数,并对其时间响应进行了验证;在理论分析的基础上,应用AMESim软件,分析了高速阀配流系统的动态流量特性,研究了锥阀和球阀两种阀芯结构以及泵转速对系统动态特性的影响。研究结果表明:随着泵转速的提高,系统回流明显,使容积效率明显下降;锥阀更适合高速阀配流系统,同时在锥阀底部设置阻尼孔,可明显减缓阀芯对阀座的冲击力,提高阀座的使用寿命。     

先导自锁式高速开关阀的研究

为了消除振动或其他不确定因数对开关阀性能的影响,提出了一种先导自锁式高速开关阀的设计方案。该阀采用二级驱动的先导控制方式,并设计机械自锁的结构使阀在失电或未开启的状态下能够实现自锁,保证了工作的可靠性和稳定性。在设计过程中,为了优化其性能,建立其数学模型,并在MATLAB上建立了主阀芯开启时的运动模型,进行了仿真。仿真结果表明该阀的动态响应性能良好。     

数控平面磨床主轴减振方法研究

将一类数控平面磨床主轴系统简化为耦合双弹性梁结构,分别建立了非齐次边界条件下的机架子系统Euler梁和转子子系统Rayleigh梁解析模型,给出了各子系统在模态坐标下的广义动、势能.利用拉格朗日方程进行子系统综合,构造了广义坐标下的系统动力学模型.据此,考虑实际工况,设计了一动力减振器.模拟仿真和试验结果表明,在系统加入动力减振器后,主轴末端振动幅值可得到有效减小.     

空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析.建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange 方程导出有限元梁单元的运动微分方程.通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型.根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程.在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律.结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响.研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义.     

300MN模锻水压机主分配器优化设计

针对300MN模锻水压机原主分配器驱动方式落后、阀体体积大、工艺孔多等问题,提出了基于“油缸＋齿轮齿条机构＋凸轮顶杆机构＋位移检测装置”分配阀芯开启度的控制方式。以工作柱塞最大速度为基础,优化了分配器阀体的结构和阀芯的开启图。基于有限元方法和阀体主要结构参数的灵敏度分析,以阀体最小体积为优化目标,对阀体进行了优化设计。工程应用表明,分配阀芯驱动方式先进,阀体体积大幅减小和工艺孔数量大幅减少。     

比例减压阀控桨系统的模型线性化及稳定性分析

三通式比例减压阀因其较高的性价比和易维护性而成功应用于水下远程遥控机器人的螺旋桨推进器控制。然而三通比例减压阀内部压力反馈结构复杂,存在死区和液动力等非线性因素,易受螺旋桨负载特性影响而引起压力振荡。根据主阀力平衡方程、压力流量方程和螺旋桨负载特性建立系统数学模型,并在减压阀的稳态工作点附近进行模型线性化,通过开环伯德图和闭环频响曲线分析特征参数对阀稳定性的影响。理论分析和试验结果表明,增加阀口流量压力系数和马达泄漏系数可有效提高负载环节阻尼比和稳定裕量,系统稳定性得到显著改善。     

涡轮增压系统用高速开关阀的响应特性研究

高速开关阀是涡轮增压系统的重要部件,响应的快速性直接影响增压器的压比。根据高速开关阀的结构及工作原理,建立其数学方程。运用AMESim建立动态模型并进行了电流、阀芯位移、控制口的压力仿真分析,结合示波器测量的实际响应时间,证实仿真结果的可靠性。由于高速开关阀响应时间具有滞后性,研究分析改变阀芯质量、驱动电压、弹簧预紧力对响应特性的影响,并根据仿真提出了优化调整建议。     

天然气紧急截断阀控制器优化

针对天然气紧急截断阀开启时出现噪声、振动等问题,设计了一种天然气紧急截断阀控制器,通过控制器控制截断阀平稳开启。控制器包括主阀、二位四通阀和手动复位阀。建立了主阀芯的二阶微分方程以及二位四通阀与截断阀控制气缸的微分方程。分析了控制器主阀参数变化对截断阀控制气缸活塞位移阶跃响应性能的影响。分析表明:主阀芯阻尼增加,阶跃响应的超调量减小,振荡过程减缓;主阀芯质量增加,超调量下降,响应时间变慢;弹簧刚度增加,超调量增大,振荡过程加剧;主阀芯直径对阶跃响应影响不大。建立了控制器参数优化模型,使得截断阀控制气缸活塞的阶跃响应过程更加平稳。优化后的控制气缸位移阶跃响应超调量减小到0.6%,调节时间为0.03 s。最后通过试验验证了控制器的优化效果。     

基于有限元法的桥式柔顺机构动态性能分析

为了精确描述桥式柔顺机构的动态性能,采用有限元方法建立其动力学模型,并基于该模型分析其动态性能。采用欧拉-伯努利梁模拟柔性铰链和杆件的力学行为,采用最小势能原理得到桥式机构的刚度矩阵,采用拉格郎日方程建立机构的质量矩阵和动力学方程。基于桥式机构的有限元模型,分别进行铰链尺寸参数对固有频率的灵敏度分析、动刚度和动应力分析。分析结果表明:增大铰链厚度与长度之比可提高机构的响应快速性;在机构工作运动方向有较大的振动,而且在接近于固有频率处发生较大的超调;靠近驱动端的铰链所受的动应力较大,容易疲劳破坏。