交变流体驱动的冲击机构动力学与控制研究

Project to alternating fluid (hydraulic, pneumatic) reciprocating drive of the high speed, high accelerating changes impact mechanism as the research object, analyse the dynamic behavior and study on the control strategy of driving. Through the establishment of approximate dynamics model of rigid-flexible-fluid coupling, revealing the of binary, ternary fluid-driven impact machines nonlinear waves dynamic characteristics in elastic, plastic, visco-elastic and visco-plastic working medium, and its effect on driving behavior. With the Time-Frequency Spectrum Analysis of modern technology, such as the Hilbert-Huang transform (HHT) and the refining modulation spectrum analysis method, the rebounded characteristics of piston which under fluid pressure constraints are extracted, and according to the bounce signal characteristics, the corresponding the working medium of effective intelligent identification methods was put forward. Further, research on the impact stress wave propagation in structures in a variety of piston, using inverse design method for analysis of fluid drive patterns, optimize the structure of impact piston. New theories and methods of impact mechanism nonlinear dynamics analysis and flexible impact system active control will be found.

项目以交变流体（液压、气压）往复驱动的高速、高加速变化的冲击机构动力学行为与驱动控制策略为研究对象，通过建立流控冲击机构近似刚柔液耦合动力学模型，揭示流体驱动的二元、三元冲击系统在弹性、塑性、黏弹性、黏塑性工作介质下的非线性波动力学特性及其对驱动控制性态的影响规律。将现代时频分析技术中Hilbert-Huang变换(HHT)和细化调制谱分析等方法运用到对流体约束作用下的冲击活塞反弹特征提取中，并根据提取的反弹动力学特征，提出相应行之有效的工作介质智能辨识方法。进一步，研究冲击应力波在多种杆件结构中的传播方式，采用反演设计方法分析流体激励形态，优化冲锤结构。为冲击机构系统的动力学分析和柔性冲击的主动控制提供新的理论和方法。

本项目对矿山、冶金、建筑、车辆、机械制造等行业中常见的交变流体（液压、气压）往复驱动的高速、高加速变化的冲击机构动力学行为、介质识别方法和驱动控制技术展开了深入研究。. 项目研究中分别建立了气动冲击锤和液压冲击锤的动力学模型，通过特征值和有限元分析方法，揭示了不同形式流体驱动往复多元冲击系统在弹性、弹塑性等工作介质下的非线性波动力学特性。确定了活塞的冲击反弹判据。. 研究中应用瞬态波函数特征值展开法，考虑双柔性杆冲击的“次撞击”瞬态效应，推导出两杆组合结构中的冲击接触界面应力，避免对含未知奇异载荷项强非线性方程的求解，实现了对计算撞击力时间历程的分析，解决了冲击力数值求解的计算精度和收敛性问题。. 项目针对交变液压流体发生器进行了研究，建立了交变流体参数分布式网络功率传递矩阵模型，分析了管道内油液交变流动的频率特征。进一步研究了交变流体管道频率特性与往复冲击机构运动特征的匹配方法。. 研究中提出了针对高频往复活塞直线运动的两种非接触测量方法：气压法和电磁法。在建立两种测量方法多场耦合模型基础上，对影响测量的要素和偏差补偿方法做出了理论分析。设计了适用于不同类型冲击器的在线测量技术方案。基于新测量方法，研究中运用现代时频分析技术展开了对冲击活塞反弹特征的提取，并提出了冲击工作介质的智能辨识方案。. 项目开展了对交变流体驱动冲击机构的智能控制方法研究。项目探讨了自配流和强制配流驱动方法对于冲击器驱动系统的控制特点。根据冲击反弹特征在线辨识结果，完成强制配流方式控制参数的模糊整定。实现了对液压冲击器的各阶段速度、频率、效率的调节。形成了交变液压驱动的智能控制方法。. 项目研究构建了水下悬浮式冲击破碎平台方案，设计了流体驱动的浮力调节系统，实现了对悬浮平台姿态和液压冲击器轴推力的调整，满足了水下冲击器对冲击动力特性控制的需求。