大型矿用液压挖掘机动臂运行及能效特性

作为大型矿用液压挖掘机的主要工作装置,重型机械臂在作业中主要做往复循环运动,下降过程中所具有的动势能会因控制阀口的节流效应转化为热能损失掉,该部分能量占发动机输出能量的20％以上,造成巨大能量浪费和废气排放.针对以上问题,提出在原双液压缸动臂驱动系统的基础上增设一个与液压蓄能器相连的独立储能液压缸,实现对重载机械臂动势...     

闭式泵控新型液压-机械执行器位置控制特性

滚珠丝杠具有高精度、阻力小、效率高等优点,是工业上常见的变回转运动为直线运动的执行机构。为使其充分结合液压系统功重比大的特点,提出了一种新型的液压-机械执行器系统,该系统在电动缸的基础上,采用液压马达替代电动机驱动滚珠丝杠,并推导出其数学模型。在多学科仿真软件SimulationX中建立了该系统的物理模型,对系统的闭环位置控制特性进行了仿真研究。结果表明:闭式泵控新型液压-机械执行器系统可以实现快速、准确、稳定的位置控制;当正弦信号的幅值为50 mm时,系统的带宽为0.52 Hz;系统具有良好的抗负载干扰能力。     

电-液双源混驱装载机举升系统特性研究

装载机广泛应用于工程建设、抢险救灾等关乎国计民生的领域。普遍采用液压系统驱动与传递动力，但系统能量效率较低，且在装卸货物的过程中存在大量势能浪费，增加了整机燃油消耗和碳排放量。针对上述问题，提出电-液双源混合驱动系统，将电机械执行器的高能效与液压缸-蓄能器高势能回收效率的优势相融合，采用高能效电机械执行器控制系统运动，液压缸-蓄能器平衡系统外负载力并回收利用系统重力势能。文中根据所提电-液混驱系统工作原理，对系统进行了理论分析，进一步搭建了所提系统试验测试平台，对系统的电液功率配比进行了优选，明确了系统的工作与能耗特性。试验结果表明，与原有阀控系统相比，相同工况下所提系统可降低能耗51.7%，峰值功率59.6%。研究成果对工程机械领域“双碳”战略愿景目标的实现具有积极促进作用。     

螺旋压力机的传动及其数控机理比较研究

对不同种类的螺旋压力机的传动及其数控机理进行了比较研究。在总结螺旋压力机进展的基础上,对摩擦式、液压式、离合器式、伺服式的传动特点进行了研究,分析了这几种螺旋压力机打击能量的数控方法,介绍了新出现的开关磁阻调速式螺旋压力机,提出可采用皮带、齿轮或直接驱动的传动设计,借助电机本身的频繁起停和正反转功能,通过对电机的电流实施斩波值限定,数字化控制电机转速,从而数控打击能量。指出开关磁阻调速式螺旋压力机结构简单、节能高效,具有广阔的应用前景。     

A new diagnostic technique for ball screw actuators

Ball screw actuators are electro-mechanical actuators that translate rotational motion to linear motion with little friction; they are used in precise engineering and particularly in aerospace applications where they replace hydraulic linear actuators. Until now, few diagnostic approaches have been developed with regard to fault detection and characterization of ball screw actuators.     

Output characteristics and experiments of a novel low frequency rotary piezoelectric motor

In order to improve the output performance of a piezoelectric motor under low driving frequency, a novel rotary piezoelectric motor driven by two piezoelectric actuators is proposed that is actuated based on harmonic and friction driving mechanism. The motor uses two piezoelectric actuators to drive two amplifying mechanisms with π/2 phase difference to produce harmonic motion, and then drives the rotor to rotate through friction force. Based on the driving principle, the electromechanical coupling equations of the motor are established. And a test platform is built to test the output characteristics of the motor. The results show that fluctuation of harmonic force and output torque occurs when the motor operates at different positions. Under the driving voltage and frequency of 150 V and 5 Hz, the actual average output torque of the prototype is 3.08 Nmm. Moreover, fluctuation of harmonic force and output torque occurs when the motor operates at different positions.

     

液电混合驱动液压挖掘机动臂特性及能效研究

液压挖掘机作业时,动臂频繁升降,举升过程中工作装置集聚的大容量重力势能,在下降时经控制阀转换为热能耗散掉,不仅造成非常大的能量损失,也使油液温度快速升高,需附加额外的冷却装置进行散热,油温的升高也常常引发液压系统故障。为此,提出电动缸为主、液压缸-蓄能器组合为辅的液电混合动臂驱动解决方案。动臂下降时,工作装置的重力势能转化为液压能存储在蓄能器中;动臂举升时,存储在蓄能器的液压能驱动液压缸辅助电动缸驱动动臂,电动缸仅需驱动惯性载荷和物料重力。在研究中,建立了液电混合驱动动臂的试验样机,对其运行特性和能效特性进行了试验测试。结果表明,较无重力势能回收的进出口独立控制系统,相同工况下,液电混合驱动方式降低能耗达72.7%,显著提升了挖掘机动臂举升系统的能量效率。     

全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明：全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。     

黏性流体环境中压电宏纤维致动柔性结构的流固耦合振动特性及试验

柔性结构与周围流体的耦合作用机制广泛应用于仿生机器人、水下航行器、精密仪器及生命医疗等领域。具有驱动变形大、防水性好且柔韧性好的压电宏纤维（Macro fiber composite,MFC）致动器是水下柔性结构变形控制的首选。建立MFC内部致动弯矩和水动力载荷共同作用下柔性结构的流固耦合动力学模型。对粘贴MFC致动器的柔性结构特征截面进行计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）分析,得到不同振动特征频率下柔性结构周围流场、压力分布及所受水动力载荷,分别拟合得到MFC致动柔性结构水动力函数的实部和虚部表达式。结果表明柔性结构水动力载荷的附加质量和阻尼效应都随着振动频率的增加而减小。在等振动特征频率下,MFC致动梁结构水动力函数的实部大于匀质等截面梁的实部;在高振动频率下其水动力函数虚部同样大于匀质等截面梁。试验测试了MFC致动柔性结构的水下振动特性,试验所得MFC激励下柔性结构末端稳定振动的幅频特性和相频特性与建立的耦合动力模型相吻合,证实了所建立MFC致动柔性结构的水动力函数及流固耦合振动模型的有效性。     

静压丝杆螺母在立式车床的应用

针对现有的重型立式车床中存在的升降传动问题,探讨超重型立式车床的横梁升降机构所采用的静压丝杆螺母的设计及制造工艺,以减少传动系统的摩擦和磨损,提高机床运动精度和传动效率,详细介绍了丝杆螺母的设计与计算,在加工工艺中还从多个方面保证了产品的制造精度,经过定量叶片泵和变量叶片泵的验证实验,还对制造结果进行了讨论与分析,对存在的问题提出了有效的解决办法。     

Research on the kinematic behavior of a golf swing plate

From a global perspective, Korea is a leader in the field of indoor screen golf technologies. However, some products and technologies that are being used in current indoor screen golf systems have shortcomings with regard to technical stability. Nowadays, hydraulic actuators are widely used in golf swing plate systems to adjust the plate and recreate for the player the slope of the terrain shown on the screen. However, the hydraulic actuators used in screen golf systems have disadvantages associated with them, such as oil leakage, bad control, and high price. To address what we perceive to be a shortage of existing alternatives, we developed a golf swing plate that uses screw actuators to drive the swing plate up and down. We take the opportunity in this study to perform an analysis of the kinematic behavior of our design employing three active PRS (Prismatic joint–revolute joint–spherical joint) legs that provide the golf swing plate with three degrees of freedom. In this paper, we focus on the derivation of kinematic equations and constraints related to kinematic variables. Furthermore, we derive the amount of translation necessary for each prismatic joint to achieve the motions required of the golf swing plate. We go on to verify the complex movement of the swing plate using the NX motion simulation program. Finally, we construct a prototype and test the functions of the golf swing plate.     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器的驱动效率

研究了介电型电活性聚合物(DEAP)驱动器的机电能量转换机理、能量损耗和驱动效率。建立了驱动器机电能量转换模型,并通过试验测算了驱动器等效电路的模型参数,分析了电极材料等因素对DEAP相对介电常数的影响。深入研究了驱动器漏电流损耗,试验验证了漏电流对驱动器性能的影响。最后,设计了驱动器驱动试验台,完成了不同行程的准静态驱动试验,数值计算了驱动器的驱动效率。结果表明:由于等效电路电容未参与能量转换,驱动器机电转换效率分别为17.6%和25.6%。低电压、小行程驱动时,试验误差与理论分析误差不超过15%;而高电压、大行程驱动时,DEAP膜的漏电流等非线性因素使其驱动效率变化明显。该结果可为DEAP圆柱形驱动器的优化设计及合理使用提供指导。     

一种具有高动态特性的二维数控工作台的研制

为了适应大多数用户的需求,所研制的具有高动态特性的二维数控工作台,采用经典的组成形式,由上下两层运动方向成正交布置的驱动机构组成,每层驱动机构均包括电动机、机械执行部件、机械导向部件和机械支承装置等。但是其不同于传统结构的特点是:上层驱动机构的电动机、丝杠、轴承以及轴承座等全部固定在下层底板上,不再由下层驱动机构所驱动,从而减轻了下层机构的负重,提高了系统机械传动的动态特性,进而有助于改善整个机电系统的性能。     

液电混合半主动驱动机械臂储能系统设计及仿真

针对传统工程装备机械臂重力势能浪费及运行特性差等问题,提出利用高功重比液压缸辅助小功率电机械执行器驱动机械臂的液电混合半主动驱动系统.其中,电机械执行器主动控制机械臂运行,改善运行特性;液压缸与蓄能器连接,构成储能平衡系统,用于平衡机械臂自重,回收利用重力势能.根据电机械执行器与液压缸不同组合方式,提出3种驱动方案,以...     

滚珠螺旋液压摆动马达的伺服优化设计

提出一种具有受力特性好、传动平稳、效率高、单位重量输出力矩大等特点的滚珠螺旋液压摆动马达,建立了系统伺服动态优化设计的数学模型及分析方法,分析了滚珠螺旋液压摆动马达系统的优化参数与系统耗能、效率、频宽之间的关系,为优化设计提供了理论依据,基于该设计理论设计的滚珠螺旋液压摆动马达具有好的相对稳定性、动态性以及快速响应等控制性能。     

一种基于小型空压机的直驱系统

针对气动系统能量效率低这一主要问题,提出一种气动系统节能的新方法。其思想是通过使用小型气泵直接驱动执行机构,形成闭式回路,循环利用执行机构腔内已经产生的高压气体,消除传统回路的排气阶段。首先设计了小型空压机直接驱动的气动回路,搭建了相应的闭式回路实验台;其次,开展不同工况下气缸往复运动实验研究,验证原理上的可行性;然后,针对直驱系统的问题进行回路改进以满足系统所需的空气量及响应要求;最后,通过实验验证了直驱系统的节能特性。结果表明,所提出的直驱系统相比传统回路运行简单且能提高气动系统的能量效率。     

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。     

简析液压缸摩擦力的特性及其改善措施

液压缸作为液压系统将液压能转化为机械能的主要执行元件之一,其工作效率将不仅影响整机的使用,而且关系到能源能否得到有效利用,因而受到整个行业越来越多的关注.而液压缸摩擦力的存在又是影响液压缸工作效率以及工作寿命的最重要因素之一.因此,该文将结合摩擦学及液压密封理论对液压缸摩擦力从其影响、特性以及理论计算等方面进行一定的研究分析,并提出相应的改善措施.可为液压缸密封的设计选择及润滑提供一定的依据.     

大流量2D伺服阀的研究与设计

为实现伺服阀的大流量,采用了2D阀的结构方案.2D阀利用伺服螺旋机构将阀芯的旋转运动转化为阀芯的直线运动,从而实现伺服阀的液压功率放大.采用步进电机作为电-机械转换器来驱动阀芯转动,为使阀芯获得较大的扭矩,采用了较大的传动比.设计了零位保持机构保证了伺服阀工作的稳定性和零位调节的精确性.对伺服阀的阀芯进行了力学分析,并建立了数学模型.最后利用MATLAB进行了仿真研究,仿真结果理想,符合设计要求.     

基于AMESim的水下节能液压系统仿真分析

为满足水下恶劣工况,水下装备液压驱动以高可靠、控制性能优异的定量泵比例控制为主,但阀控液压系统能耗过大,使水下能量受限问题日益突出,制约了水下装备的发展.通过仿真开展了基于定量泵的水下节能液压系统研究.首先建立AMESim水下比例阀控及变频恒压泵控液压系统仿真模型,并设计了系统控制器;随后对液压系统能耗特性进行仿真分析...