超高压氢气压缩机组的研制

介绍由活塞压缩机和膜式压缩机组成的超高压氢气压缩机机组的设计、制造、安装和调试情况。该机组采用计算机控制。     

自由活塞极限位置的液压节流控制

针对单活塞液压自由活塞发动机自由活塞运动不受机械机构约束的情况,研究单活塞液压自由活塞发动机自由活塞极限位置的液压节流控制方法,保证系统机械结构安全。基于对自由活塞极限位置节流控制原理的分析,建立液压控制回路数学模型,结合试验和仿真分析节流控制的工作特征及其影响因素。研究结果表明,单活塞液压自由活塞发动机极限位置的液压节流控制应考虑单向阀节流、回油阻尼和油液弹性三种作用效果的影响。压缩腔压力在膨胀冲程的第一次压力峰值由单向阀引起,第二次压力峰值由回油阻尼和油液弹性引起。增大回油孔通流面积可减小第一次压力峰值压力波后期高压的持续时间。回油阻尼和油液弹性能有效防止单活塞液压自由活塞发动机机械损坏的发生。     

超高压活塞压缩机的液封性能分析

基于层流运动的N-S方程,建立了密封液在活塞和气缸间隙内的流体模型,并对其流场进行计算分析,推导出注油压力、耗油量等参数;通过对计算结果、液压密封重要参数与压缩机结构参数之间的关系分析,提出了超高压活塞压缩机的液压密封机构设计的方法。     

基于PXI系统和LabVIEW的高压射流均质机动态参数测试系统

针对高压射流均质机动态参数测试要求,采用NS-F型压力变送器、BK4189传声器和增压泵进退信号调理采集电路,应用PXI系统实现信号采集与处理,以LabVIEW为软件开发平台,实现了动态参数的采集、存储、历史数据复现等功能,测试系统为高压射流均质过程的超微粉碎作用机制分析、高压射流均质机工作腔改进和双增压泵的交替控制提供依据。     

超高压位移随动式二通比例插装阀结构参数设计

针对大流量超高压比例阀迫切国产化需求,设计一款位移随动结构形式的超高压比例插装阀,并以63通径为例,给出超高压比例插装阀各个结构参数的设计方法。首先,对主阀结构进行设计,给出阀套尺寸、阀芯节流口尺寸、直径及行程等设计方法;然后对先导部分进行受力和运动状态分析,确定先导活塞的结构尺寸及内部导油孔尺寸,并给出先导阀选取原则;最后制造63通径超高压比例插装阀样机,并设计试验台,分别进行耐压、通流能力、响应、主阀跟随等试验研究。试验结果显示,此阀的耐压压力超过110 MPa,通流能力超过1900 L/min,主阀与先导活塞之间间隙稳定,主阀芯响应时间小于80 ms,满足设计要求,方法可以为同类阀的设计提供理论指导和参考。     

超高压隔膜压缩机热力工作过程与动力性能研究

氢气具有极佳的碳减排功效，目前应用快速范围不断扩大，需求量快速上升。而氢气储存与运输问题较大，通常需要高压加氢站的大容量供给，其中超高压氢气压缩机为核心技术与难点，通常采用隔膜压缩机进行设计开发。针对应用于加氢站的超高压隔膜压缩机进行热力学与动力学研究，分析其运行性能与稳定性在不同进气压力情况下的变化。结果表明：输气量随吸气压力的上升而快速上升，而功耗上升速度较慢；排气温度随吸气压力变化，有4～5℃的升高；活塞力变化强烈，且有反向力作用，适合有对置配置平衡活塞力。     

基于MS功能的超高压2K型斯特封有限元分析

利用ABAQUS软件的Map Solution（MS）功能对2K型斯特封进行有限元仿真分析,该功能通过重启动分析和网格重构技术,解决了由网格畸变引起计算中断的问题,得到超高压工况下的收敛解。根据流体压力14、28、35、42、56 MPa下斯特封内、外行程的应力应变云图和密封面接触压力分布曲线,研究流体压力对密封件主应力、主应变和接触压力分布的影响规律;同时对比未使用MS功能的高压工况（35 MPa）下仿真结果,验证了MS功能分析网格大变形问题的可靠性。结果表明：在超高压工况下,斯特封的最大主应力集中分布于空气侧PTFE阶梯形环与活塞沟槽、缸筒的接触区域,最大主应变出现在PTFE阶梯形密封环的卸荷角处;随着油液压力的增加,接触压力分布曲线趋势发生明显变化,空气侧的接触压力梯度减小;在相同流体压力下,外行程时密封面接触宽度大于内行程的接触宽度。     

小容腔高压超高压控压系统设计

基于高压超高压压力控制技术在小容腔上的应用,利用高压超高压控制分析方法建立了小容腔的高压超高压增压系统。通过推导小容腔压力容积变化关系建立了数学模型。根据小容腔的数学模型设计了压力控制系统。系统采用两级气驱液体泵对小容腔进行增压,容腔压力可达到150 M P a。控制系统采用工业控制计算机和P LC共同完成,能够达到任意设定的压力值,并能够自动保持压力,压力控制精度可达0.5%FS。     

超高液压成型的试验

利用大于500公斤/厘米~2以上的超高压液体压力,对金属进行液压成型加工,是一項新工艺。最近我厂对形状較复杂的接头零件,采用超高液压成型工艺,进行了多次試驗,初步获得成功。其基本原理是:将坯料安装在高压試驗装置的液体內,对密封液体施以一定的压力,由于液体具有流动性和不可压縮性,因此产生超高压,迫使金属在凹模中产生塑性变形,使它成为具有一定几何形状的工件。一、試驗过程将工件的坯料(金属圓管,图1)經磷化处理后,安装在圓筒形的高压試驗装置(图2)凹模4內,两端分別以金属上密封活塞12和下密封活塞14,切入工件     

500 MPa活塞式压力计设计研究

对500 MPa活塞式压力计设计过程中的关键技术进行了研究,主要对500 MPa活塞压力计加压校验系统、密封结构以及活塞系统进行设计。该研究对超高压活塞压力计设计具有重要的指导意义。     

超高压斜盘式轴向柱塞泵柱塞副摩擦界面油膜固液耦合作用特性研究

作为液压传动系统核心动力元件的轴向柱塞泵,超高压化是其必然发展趋势与要求,然而超高压化会造成其中关键的柱塞副摩擦界面油膜形成显著的固液耦合作用,对柱塞副油膜的摩擦润滑与密封承载性能产生规律尚不明确的影响。为此,建立一种基于变形矩阵法的固液耦合作用求解方法,该方法基于有限容积法解算油膜流体润滑方程,基于有限元法实现摩擦界面变形计算节点规则化设置及变形矩阵精准计算,在此基础上建立柱塞副油膜弹性流体动压润滑数值计算模型,针对采用软硬配对的柱塞副63 MPa超高压工况下的摩擦界面油膜固液耦合作用特性进行研究,结果表明：固液耦合作用有助于减小柱塞副处轴向黏性摩擦力和泄漏流量,一个周期内柱塞副总周向黏性摩擦力大小基本不变但分布更为集中,导致产生了更大峰值的瞬时摩擦力;显著的结构变形产生于柱塞副摩擦界面两端局部位置处,因而对泄漏流量不造成影响,在超高压工况下经过软硬配对跑合,固液耦合作用有助于原本标准柱形铜套孔形成类似“喇叭口”的一种微观形貌,增大了柱塞与铜套孔的接触面积,增强了密封超高压油的能力,降低了接触应力。建立的模型及研究结果可为轴向柱塞泵超高压化设计提供指导。     

超高压轴向柱塞泵缸体结构强度分析

液压泵是超高压液压传动系统的核心动力元件,其性能的好坏直接影响超高压液压系统的性能。以ANSYS软件为平台,针对超高压轴向柱塞泵缸体的结构强度分析,建立超高压轴向柱塞泵缸体的有限元模型,将轴向柱塞泵加压至120 MPa,进行缸体强度校核,发现缸体结构强度不达标,并通过试验验证了仿真的正确性;同时将缸体结构进行优化,得到不同结构下缸体的结构强度校核结果,发现缸体结构强度依旧不能够满足,最终得到了45号钢不适合作为120 MPa超高压柱塞泵缸体材料的结论。     

Fault diagnosis of axial piston pumps with multi-sensor data and convolutional neural network

Axial piston pumps have wide applications in hydraulic systems for power transmission. Their condition monitoring and fault diagnosis are essential in ensuring the safety and reliability of the entire hydraulic system. Vibration and discharge pressure signals are two common signals used for the fault diagnosis of axial piston pumps because of their sensitivity to pump health conditions. However, most of the previous fault diagnosis methods only used vibration or pressure signal, and literatures related to multi-sensor data fusion for the pump fault diagnosis are limited. This paper presents an end-to-end multi-sensor data fusion method for the fault diagnosis of axial piston pumps. The vibration and pressure signals under different pump health conditions are fused into RGB images and then recognized by a convolutional neural network. Experiments were performed on an axial piston pump to confirm the effectiveness of the proposed method. Results show that the proposed multi-sensor data fusion method greatly improves the fault diagnosis of axial piston pumps in terms of accuracy and robustness and has better diagnostic performance than other existing diagnosis methods.     

基于摩擦轮反馈的数字液压缸系统

提出了一种柔性闭环反馈式数字液压缸系统。该系统采用一种基于摩擦轮柔性连接方式进行反馈控制,通过步进脉冲信号驱动阀芯轴向移动,打开进出油口,推动活塞杆移动,并带动摩擦轮转动,通过与摩擦轮相连接锥齿轮传动将活塞杆运动传递给反馈螺母,进而控制阀芯反向移动,闭合进出油口。该系统通过阀芯的轴向移动距离来控制液压缸的输入流量及活塞杆行程;通过摩擦轮直径大小和对活塞杆正压力以及锥齿轮模数来控制反馈系统的灵敏度和反馈精度;通过摩擦传动避免刚性连接件的机械冲击,减缓构件机械磨损及污染油液,从而提高系统可靠性,并对数字液压缸系统建立数学模型,推导传递函数,运用AMESim仿真软件分析系统的可行性、稳定性以及在不同情况下的动态特性。     

超高压征复密封的设计

超高压水切割的运行平稳、可靠、主要取决于超高压往复密封。作将250MPa超高压往复密封设计为锥形套筒与填料组合密封结构,利用锥形套筒的弹性变形在柱塞与套筒之间产生一定的间隙,造成较大的压降差,再利用填料密封阻泄,取得满意效果。     

基于Wincon -8000的流量标准装置自动化

为了使现有燃油流量标准装置更加适应当前国防军工系统对流量计量工作的需求,文中在分析COX311 - AHT型燃油流量标准装置的工作原理、结构组成及其工作状况的基础上,提出了采用新型嵌入式控制器Wincon - 8000和PLC(可编程逻辑控制器)组成的主从式控制系统,实现设备的自动化改造.通过PLC来采集与处理现场数字量信号、模拟量信号,以及脉冲信号,Wincon - 8000完成数据处理和人机交互,采用Modbus协议实现Wincon - 8000与PLC间的数据通信.实践表明改造后的流量标准装置能够为军工科研、生产等部门的流量测试工作提供及时、准确的计量校准服务.     

S7-200PLC在除湿机控制系统中的应用

采用西门子S7-200 PLC为主控制器,配以人机界面TD400C和通信模块EM277,设计了某除湿机控制系统.温度、湿度的采集采用频率输出方式的传感器/变送器,将频率信号接入PLC集成的高速脉冲输入口,定时计数从而得到采样值.控制指令可以从数字输入接口、TD400C或上层计算机获得;系统运行状态也可在数字输出接口、TD400C上显示或传送至上层计算机.     

数字阀在压力控制系统中的应用

在分析介绍数字阀特点的基础上,提出了数字阀在压力控制系统中的应用,设计出数字阀应用系统的液压回路、电气控制、PLC控制方案,并利用VB编写PC与PLC间的参数设置、工作界面和管理实验仿真结果。应用本系统模拟矿井不同深度时气体压力与时间的变化曲线,仿真及实验结果表明,数字阀在压力控制系统中的应用具有理论和现实意义。     

Output characteristics of a series three-port axial piston pump

Driving a hydraulic cylinder directly by a closed-loop hydraulic pump is currently a key research area in the field of electro-hydraulic control technology,and it is the most direct means to improve the energy efficiency of an electro-hydraulic control system.So far,this technology has been well applied to the pump-controlled symmetric hydraulic cylinder.However,for the differential cylinder that is widely used in hydraulic technology,satisfactory results have not yet been achieved,due to the asymmetric flow constraint.Therefore,based on the principle of the asymmetric valve controlled asymmetric cylinder in valve controlled cylinder technology,an innovative idea for an asymmetric pump controlled asymmetric cylinder is put forward to address this problem.The scheme proposes to transform the oil suction window of the existing axial piston pump into two series windows.When in use,one window is connected to the rod chamber of the hydraulic cylinder and the other is linked with a low-pressure oil tank.This allows the differential cylinders to be directly controlled by changing the displacement or rotation speed of the pumps.Compared with the loop principle of offsetting the area difference of the differential cylinder through hydraulic valve using existing technology,this method may simplify the circuits and increase the energy efficiency of the system.With the software SimulationX,a hydraulic pump simulation model is set up,which examines the movement characteristics of an individual piston and the compressibility of oil,as well as the flow distribution area as it changes with the rotation angle.The pump structure parameters,especially the size of the unloading groove of the valve plate,are determined through digital simulation.All of the components of the series arranged three distribution-window axial piston pump are designed,based on the simulation analysis of the flow pulse characteristics of the pump,and then the prototype pump is made.The basic characteristics,such as the pressure,flow and noise of the pumps under different rotation speeds,are measured on the test bench.The test results verify the correctness of the principle.The proposed research lays a theoretical foundation for the further development of a new pump-controlled cylinder system.     

基于PLC的均质机控制系统设计

为了提高传统均质机控制系统的自动化程度,设计了一套基于HMI、PLC、变频器的均质机控制系统。该控制系统分为3个部分:电气控制部分、PLC程序的开发、人机界面的开发。分析了系统工作的基本原理和主要过程,介绍了系统的硬、软件构成及其特性。实践结果表明,该系统已实现工业应用,设备运行效果良好。