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液压系统污染控制是一门涉及流体传动与控制、摩擦与磨损学、润滑学、材料学、胶体物理化学等多学科交叉的学科方向。机-电-液-信联合控制的独特优势促使液压系统逐步向高压、高性能、微型精密化方向发展,同时也对液压系统介质的污染控制提出了更高的要求。液压油作为一种常见工作介质,其污染程度与液压系统的可靠运行息息相关。相关研究表明,液压油的污染约有75%是固体颗粒污染物造成的,尤其是当油液中同时存在固体颗粒和水时,要比其单独作用对系统的危害更加严重。因此,研究如何采取主动措施实现对液压油中固体颗粒污染物的滤除以及水污染物的分离具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。 本课题以一个带有旁路过滤系统的典型单回路液压系统作为研究对象,建立了不确定条件下的液压系统过滤器优化配置数学模型,获得了系统经济性和可靠性的双重满意度。提出了一种基于超重力技术及填料亲(疏)水特性进行油-水分离的方法,研究了填料的亲水、疏水特性,阐明了超重力环境下油-水两相流的分离机理,开展了超重力净油装置的净油效率评价试验。具体研究工作如下: 针对液压油中的固体颗粒污染物,以一个带有旁路过滤系统的典型单回路液压系统作为研究对象,将液压过滤器视为污染控制元件,充分考虑液压系统中存在的不确定性,为对过滤器的安装位置和型号进行优化配置,建立了两种不确定条件下液压系统的污染控制数学模型:(1)混合区间参数模糊鲁棒规划(IFRP)数学模型。通过将不确定参数表示为区间数及模糊区间数的形式,确立了污染度与液压泵污染耐受度、液压泵寿命及过滤器纳污容量等约束关系,建立了以液压系统总运行成本为目标函数的IFRP过滤器优化配置数学模型,获得了系统在不同污染物侵入/产生率水平下的最优过滤器配置策略及主要元件的维护方案。(2)区间模糊两阶段随机规划(IFTSP)数学模型。针对规划中同时存在区间、模糊、概率分布等不确定性的情况,融合了两阶段规划方法,在第一阶段规划中根据液压系统中污染物侵入/产生率的经验值对主系统中的过滤器型号进行筛选,并获取了系统相应的维护方案;在第二阶段规划中进一步得到了污染物侵入/产生率被高估或低估情况下旁路过滤器的相应配置策略,并获得了主系统过滤器及液压泵等主要元件的改进维护方案。通过以上两种不确定规划策略的制定,为液压系统设计人员获取以经济成本和系统可靠性为满意度的污染控制策略提供指导。 针对液压油中含有的水,提出一种基于超重力技术及填料亲(疏)水特性进行油-水分离的方法,并设计了一种超重力净油装置。首先,对填料的亲(疏)水特性进行了探索,选取不锈钢和氧化铝陶瓷两种材料作为基材,对其表面进行了亲(疏)水改性研究。结果表明氧化铝陶瓷较不锈钢更适于作为材料表面改性的基材。其次,进行了水和液压油通过改性氧化铝陶瓷球填料层的渗透试验,分别获得了水和液压油通过亲水填料和疏水填料的粘性阻力系数,在此基础上应用流场仿真软件FLUENT对超重力环境下油-水两相流的流场特性进行了研究。仿真结果表明超重力净油装置的油-水分离机理可行,且其平均除水率可达30%以上;对影响油-水两相流分离效率的敏感因素(包括操作参数和结构参数)进行了仿真研究,获得了使油-水两相分离效率达到最佳时所对应的最优参数。最后,研制了超重力净油装置样机并搭建了其净油效率评价试验系统,开展了超重力净油装置的原理验证试验和多因素正交试验。试验结果表明,超重力净油装置除水率取得最优值时所对应的各参数水平的仿真结果与试验结果吻合度良好。 本课题从液压系统故障的源头出发,通过上述对液压系统固体污染物滤除策略的研究及油-水分离方法的探索,能够有效降低液压系统的故障率,提高液压系统的污染控制水平,满足国民经济各行各业对液压系统安全可靠运行的迫切要求。