液压集成块内部流道是液压系统承载压力、传递动力的重要载体,然而其受限于减材制造,导致体积重量大、工艺孔多、压力损失较大等问题,严重影响移动装备液压系统功重比。针对上述问题,提出基于快速扩展随机树(Rapid-exploration random tree,RRT)算法与贪心算法的面向增材制造成型的多向异形连接区域最短流道路径设计方法,然后采用伴随优化方法对最短路径流道进行基于压力损失的形状敏感度优化,最后使用选区激光熔融技术成形低压损最短路径流道,并搭建压力损失测试试验台进行试验研究。结果发现伴随优化后的某电静液驱动执行器(Electro-hydrostatic actuator,EHA)集成块流道轴线%,且油液流动顺畅,流道内部涡结构范围与强度较小;同时,试验表明伴随优化后的流道在不同通流状态下,平均压损降低了75.04%。研究成果将为增材制造成形的液压集成块流道优化设计提供新思路 。本文作为
为了提高机动性能、增加续航能力和提升载荷能力,移动装备液压系统迫切需要实现轻量化。液压集成块作为液压系统的重要液压部件,由于其受限于传统减材加工制造工艺限制,体积重量较大,且内部包含复杂的流道结构,流道路径较长、含直角弯,工艺孔和盲孔较多,导致流道压力损失较大,不仅影响移动装备液压系统能耗,还制约了移动装备液压系统功重比提升,因此急需探讨新工艺实现减体增效。
针对上述问题,提出了基于RRT算法与贪心算法的面向增材制造成型的多向异形连接区域最短流道路径设计方法,然后采用伴随优化方法对最短路径流道进行基于压力损失的形状敏感度优化,最后搭建压力损失测试试验台进行试验研究。结果表明重新设计的EHA液压流道极大的降低了压力损失,说明了本文所提出的增材制造低压损最短路径流道优化设计方法的有效性。
利用SLM技术成形了初始流道、最短路径流道、以及伴随优化后流道,并为了保证打印的多向异形链接区域实现与测压阀块的链接,对三种流道的螺纹连接处进行了成形设计;然后在搭建的压力损失测试平台下,测试了三种流道的入口、出口间压力损失,并与仿真结果进行对比。结果表明在五种不同流量结果下,实验与仿真结果压损相差较小,验证了仿真结果的准确性。
伴随优化后的某EHA集成块流道轴线%,且油液流动顺畅,流道内部涡结构范围与强度较小;同时,试验表明伴随优化后的流道在不同通流状态下,平均压损降低了75.04%。此研究成果及其方法将为增材制造成形的液压集成块流道优化设计提供新思路。
,燕山大学机械工程学院院长/教授,国家级领军人才,河北省重型机械流体传动及控制重点实验室主任,一直致力于高端装备电液传动系统及其核心液压元件高效节能设计研究,主要包括大功率液压伺服系统节能与控制关键技术、高效除气除杂异形液压油箱设计技术、高性能液压控制阀设计及其高精度测试技术等研究,获省部级科技奖励4项。荣获河北省教书育人楷模、河北省教学名师、河北省优秀教育工作者等,获省级教学成果奖2项。
团队负责人为姚静教授,燕山大学机械工程学院院长,国家级领军人才。团队学术带头人为孔祥东教授,中国机械工程学会流体传动与控制分会荣誉主任委员、国务院特贴专家。团队有15名教师,其中国家级领军人才2名,国家级青年人才3名,现有在读博硕研究生200余名 。
团队主要科研方向为重型装备电液伺服系统高精度控制方法、超高压大流量核心液压元件研发、液压元部件轻量化设计、重载机器人驱动及控制、工程机械数字孪生及诊断技术、可穿戴传感及微流控芯片等。团队入选机电液一体化国家级教学团队、中国机械工业优秀创新团队、《机械工程学报》创刊70周年突出贡献团队,也是全国高校黄大年式教师团队的核心组成部分。
JME学院是由《机械工程学报》编辑部2018年创建,以关注、陪伴青年学者成长为宗旨,努力探索学术传播服务新模式。首任院长是中国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。
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