液压驱动压裂泵液压系统设计及其脉动的抑制

针对传统机械式压裂泵冲次高、易损件寿命短等缺点,提出了液压驱动式压裂泵,设计了"半开半闭式液压系统",建立了仿真模型,搭建了试验样机,结果表明:仿真模型准确,液压驱动式压裂泵也可以实现高压输出,受液压缸泄露、魏氏效应、系统固有换向时间的影响,压裂泵存在压力和流量脉动,且随负载压力的增大而增大。根据压力和流量脉动特点,设计了一套由柱塞缸、气缸和蓄能器组等构成的气缸式蓄能器脉动抑制装置,结果表明:该装置能显著抑制压力和流量脉动;且脉动随蓄能器容积或预充气压力的增大而减小;在该装置的作用下,液压驱动式三缸压裂泵的压力脉动等效于机械式五缸压裂泵。     

柱塞泵的常见故障分析

随着经济和技术的不断发展,泵行业的发展也越来越快。现在市场上的泵也多种多样,并且泵的使用范围更加广泛。？柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动,使密封工作容腔的容积发生变化来实现反复吸入和排出液体并增高其压力的泵。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点,被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合。柱塞泵是往复泵的一种,属于体积泵,其柱塞依靠泵轴的偏心转动驱动,往复运动,其吸入和排出闯都是单向阀。当柱塞外拉时,工作腔内压力降低,出口阀关闭,低于进口压力时,进口阀打开,液体进入;柱塞内推时,工作腔内力升高,进口阀关闭。高于出口压力时,出口阀打开,液体排出。当传动轴带动缸体旋转时,斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回,完成吸排油过程。柱塞与缸孔组成的工作容腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸、排油腔相通。变量机构用来改变斜盘的倾角,通过调节斜盘的倾角可改变泵的排量。     

蓄能器组吸收水压柱塞泵压力脉动机理与试验研究

在阀配流斜盘连杆式海（淡）水轴向柱塞泵结构原理的基础之上,分析了其压力脉动产生的机理,建立了蓄能器组吸收压力脉动的数学模型,阐述了蓄能器组吸收压力脉动的机理,并对安装盒式隔膜蓄能器组前后、不同的蓄能器组充气容积、不同的系统负载下水压泵的压力脉动进行了对比试验研究。试验结果表明：采用蓄能器组后水压泵的压力脉动明显降低;增大蓄能器充气容积可以减小水压泵的压力脉动;不同系统工况影响蓄能器吸收压力脉动效果。研究结果对水压泵的减振降噪具有指导意义。     

蓄能器组吸收水压柱塞泵压力脉动机理与试验研究

在阀配流斜盘连杆式海（淡）水轴向柱塞泵结构原理的基础之上,分析了其压力脉动产生的机理,建立了蓄能器组吸收压力脉动的数学模型,阐述了蓄能器组吸收压力脉动的机理,并对安装盒式隔膜蓄能器组前后、不同的蓄能器组充气容积、不同的系统负载下水压泵的压力脉动进行了对比试验研究。试验结果表明：采用蓄能器组后水压泵的压力脉动明显降低;增大蓄能器充气容积可以减小水压泵的压力脉动;不同系统工况影响蓄能器吸收压力脉动效果。研究结果对水压泵的减振降噪具有指导意义。     

蓄能器组吸收水压泵压力脉动机理与试验研究

在阀配流斜盘连杆式海(淡)水轴向柱塞泵结构原理的基础之上,分析其压力脉动产生的机理,建立蓄能器组吸收压力脉动的数学模型,阐述蓄能器组吸收压力脉动的机理,并对安装盒式隔膜蓄能器组前后、不同的蓄能器组充气容积、不同的系统负载下水压泵的压力脉动进行对比仿真与试验研究。仿真与试验结果表明:采用蓄能器组有利于降低水压泵的压力脉动,一定程度上降低了水压泵的振动与噪声。     

混凝土湿喷机臂架系统的动力学建模与分析

 针对混凝土湿喷机臂架系统的液压油缸驱动力难以显式计算的问题,采用解析几何法和拉格朗日方程建立混凝土湿喷机臂架系统的动力学模型．将驱动油缸等效为活塞杆沿着套筒运动的二连杆机构,这样臂架成为不完全开链的十连杆机构．采用解析几何法,推导臂架杆件转角与液压油缸行程的函数关系,即臂架系统的运动学方程．在运动学基础上根据拉格朗日动力学方程,建立广义力（液压油缸驱动力）对广义坐标（油缸行程）的数学模型．仿真分析时选择了湿喷机的一个典型工作过程,利用符号运算工具MAPLE求解广义力的解析式,并导入MATLAB进行数值求解．同时,利用PRO/E的机构动力学仿真工具对臂架进行分析．对比可见MATLAB与PRO/E仿真结果相吻合,验证了混凝土湿喷机臂架系统动力学模型的正确性．最后,结合动力学模型分析驱动油缸铰点位置变化对油缸工作过程中最大驱动力的影响,结果表明原湿喷机臂架系统结构有待进一步优化．因此,该动力学模型为油缸选型和油缸受力优化提供了理论依据．     

湿喷机液压制动系统制动阀性能研究

为了研究串联式双回路液压制动阀对湿喷机制动性能的影响,根据制动阀结构及工作原理,考虑稳态液动力等非线性因素,采用键合图理论建立了液压制动系统的动力学模型,基于MATLAB平台仿真分析了制动阀的静、动态特性,并在湿喷机上搭建实验平台进行其制动性能测试。结果表明：制动阀输出压力具有比例特性,后桥制动响应快于前桥,且后桥制动压力约大于前桥制动压力0.2 MPa;制动阀双段制动压力梯度的设计可以满足湿喷机在高低速行驶时动能差别较大的制动需求;制动阀阶跃响应迅速,系统能在0.3 s内趋于稳定,且无明显压力超调,制动性能稳定;在制动阀复位阶段,制动油缸将工作腔油液迅速排入油箱,解除制动。制动压力的测试值与仿真值基本吻合,验证了所建模型的准确性。研究结果可以为制动系统的参数匹配和制动阀结构优化提供参考。     

气缸式蓄能器对压裂泵流体脉动的抑制作用

针对压裂泵流量脉动较大带来的问题,在分析压裂泵脉动产生机理及其特点的基础上,设计可用于高压大流量场合中的气缸式蓄能器,建立气缸式蓄能器回路数学模型,得到脉动流量的幅频特性,仿真研究脉动抑制特性的影响因素,并对压裂泵安装气缸式蓄能器前后的脉动流量进行对比分析,结果表明:气缸式蓄能器可用于高压大流量场合中,其脉动抑制特性随气缸预充气压力、气缸直径、蓄能器连接管长度的增加而减弱,随气缸行程、蓄能器连接管直径的增加而增强;气缸式蓄能器能显著抑制压裂泵流量脉动,可将机械式三缸压裂泵的流量脉动由23.07%降至2.42%,将液压驱动式三缸压裂泵的流量脉动由33.33%降至3.22%;研究结果为高压蓄能器的设计和使用提供了一种新的思路和方法。     

旋转斜盘实现变量的轴向柱塞泵研究

目的提出了一种旋转斜盘实现变量的轴向柱塞泵,研究了该泵的变量方式及排量变化规律,以及变量过程中的脉动情况。方法建立旋转斜盘型变量柱塞泵排量数学模型,对其工作原理进行论述,推导出旋转斜盘型柱塞泵的排量公式,绘制该泵随斜盘旋转角度变化的排量变化曲线;根据通轴式轴向柱塞泵的结构特点,设计旋转斜盘型柱塞泵的变量结构,并对斜盘进行了受力分析,得出其转矩计算公式;推导出柱塞泵的瞬时流量计算公式,并绘制瞬时流量变化曲线,将旋转斜盘型变量泵和调节斜盘倾角型变量泵的流量脉动率进行了对比分析。结果旋转斜盘型柱塞泵的排量与斜盘相对配流盘旋转角度之间的关系为余弦变化关系,当斜盘相对配流盘旋转角度由0°向90°增大时,该泵的流量逐渐减小,但脉动系数逐渐增大。结论旋转斜盘型变量柱塞泵可以实现变量及换向,但是在调节流量时脉动系数会发生较大变化,需要进一步克服该缺陷。     

蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响研究EI北大核心CSCD

甘蔗机械化收割过程中振幅波动大的载荷,以及对多路换向阀的频繁操纵都会产生较大的液压冲击。该研究以甘蔗联合收割机的砍蔗-切段负载敏感系统为研究对象,提出在泵的出口处增加蓄能器以抑制液压冲击。以蔗地实测载荷数据为基础,基于AMESim建立砍蔗-切段负载敏感系统仿真模型,研究蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响规律及优化匹配方法,并对仿真结果进行试验验证。研究结果表明,蓄能器的预充气压力越接近工作压力,压力冲击抑制效果越好,压力响应速度也越快,蓄能器的预充气压力最优区间为系统正常工作压力的50%~83%。     

平衡式两排轴向柱塞泵斜盘力矩特性建模与分析

为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系,理论分析了其斜盘斜面的受力状况,建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型,得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明:内排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩减小,外排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩增大,且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径,减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩;内排柱塞直径增大,合力矩减小,外排柱塞直径增大,合力矩增大,应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类"三角形",转折点少,方向突变性低,合力变化平缓,使得斜盘受力良好,运行更平稳,振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.     

一种管路压力脉动抑制装置优化设计及试验分析

针对船舶系统柱塞水泵等辅机设备管路压力脉动大的问题,设计出一种基于蓄能器吸能和孔板滤波原理的管路压力脉动抑制装置。根据压力脉动抑制装置工作原理,对蓄能器容积、蓄能器充气压力、开孔角度、开孔数量、孔径等参数进行优化设计,并对研制出的样机进行试验。试验结果表明：管路压力脉动抑制装置对不同频谱的压力脉动均具有较好的衰减效果,输出压力1 MPa～2.5 MPa时,柱塞泵出口管路压力脉动衰减率达50 %以上。     

摆杆式操作机钳杆平升降缓冲刚度与阻尼研究

针对摆杆式锻造操作机钳杆吊挂系统的液压缸与蓄能器组合缓冲装置,以平升降运动为例,提出基于动力学理论分析获得缓冲刚度与阻尼的思路,据设备结构形式简化吊挂系统的物理模型,利用拉格朗日法分析平升降运动的动能及势能,建立吊挂系统平升降动力学模型。以50 kN操作机为例,在Matlab中求解动力学方程,获得缓冲装置刚度及阻尼对吊杆摆动角、工件质心位置、钳杆摆角的变化规律,分析刚度及阻尼对平升降运动的影响,提出确定缓冲装置刚度及阻尼的方法,为摆杆式锻造操作机缓冲装置油缸与蓄能器设计提供理论依据。     

变排量非对称轴向柱塞泵抗扰控制及并行整定方法

针对变排量非对称轴向柱塞泵因斜盘振荡严重而引起流量脉动较大的问题,提出将变量阻力矩视作干扰信号,采用抗扰控制算法来提高其变排量控制性能。通过SimulationX和Simulink平台联合仿真,对比在不同频率的变量阻力矩作用时常规PID（proportion integration differentiation,比例积分微分）控制、指数收敛干扰观测器控制、非线性PID控制、自抗扰控制和滑模控制下变排量非对称轴向柱塞泵斜盘角度的响应特性,以得到最合适的抗扰控制算法。在此基础上,提出一种基于粒子群优化（particle swarm optimization, PSO）的控制参数并行整定方法。仿真结果表明,在10,20和100 Hz干扰信号的作用下,滑模控制下变排量非对称轴向柱塞泵斜盘角度的波动量为常规PID控制下的1.7%,2.2%和23.0%,说明滑模控制算法能大幅减小斜盘振荡和流量脉动。基于PSO的控制参数并行整定方法有效地减小了滑模控制的跟踪误差,整定后的最大超调量减小了87.5%;且该并行整定方法可脱离专业仿真软件,与SimulationX平台仿真相比,其仿真效率提高了10倍以上。研究结果对常规液压控制系统的仿真优化有一定参考价值。     

Experimental investigation of a CO2 automotive air conditioner

In this study, a CO₂ automotive air conditioner prototype was designed and constructed. The compressor was of swash plate design; the gas cooler and evaporator were made of fin-tubes; a manual expansion valve and an internal heat exchanger accumulator were used. The lubricant, the CO₂ charge, the evaporator outlet pressure, the compressor speed, the air inlet temperature and flow rate of the gas cooler and the air flow rate of the evaporator were varied and the performance of the prototype was experimentally investigated in detail. The cooling capacity, compressor power consumption, CO₂ mass flow rate, and COP value were analyzed. The experimental results showed that the CO₂ system performance was greatly affected by different lubricants; the CO₂ system performance was sensitive to the mass charge; the high side pressure affected the system performance greatly and a high side pressure controller was needed.     

2 种冷摆辗机工作台液压系统的分析对比

研究了2种国外典型冷摆辗机工作台液压系统的运动要求,分析了两系统在工作循环中液压元件的动作,并通过对比二者在液压控制系统的设计、液压动力源的选择以及高压泵流量不足的解决方案上的不同.结果表明,波兰产冷摆辗机液压系统结构简单,成本低廉,自动化程度低,抗污染能力差,技术升级潜力小;瑞士产冷摆辗机液压系统集成度高,自动化程度高,成本高昂,技术难度大,系统温升较大.     

蓄能器在舰船液压操舵系统中抗冲击作用仿真

在介绍基于Modelica语言和规范的多领域物理统一建模工具MWorks的基础上,进一步对其采用的蓄能器数学模型的形式进行归纳,给出在仿真过程中采用的蓄能器的基本模型、改进模型以及关于时间常数[τ]的讨论。在以往建立的舰船液压操舵系统的仿真模型中,增加蓄能器模型,进行两种模型中换向阀进、出口压力值的对比。仿真结果表明,蓄能器在系统中起到抗液压冲击的作用,能够大大降低系统换向时阀口的压力峰值。     

活塞式蓄能器爆炸原因分析

某活塞式蓄能器在使用过程中发生爆炸,通过对收集到的蓄能器碎片进行断口及表面宏观分析、材料化学成分和力学性能分析、扫描电镜分析、物相分析和能谱分析,并应用有限元应力分析软件进行理论爆破压力计算,找出了蓄能器爆炸的原因。结果表明:爆炸系该活塞式蓄能器内所充入气体中含有氧气,当一定浓度的氧气与渗入气体侧的液压油混合后,在机械运转过程中的激发能源的作用下发生剧烈的燃烧化学反应,瞬间产生高温高压而导致蓄能器发生爆炸。