液压外骨骼机器人是众多研究机构用在军事领域旨在帮助士兵减轻负担、增强士兵单兵作战能力的辅助工具,其液压系统在运行过程中面临着液压油温升严重的问题。油温过高会导致油液的粘度降低、润滑性能变差、容积效率降低、控制性能变差。对于液压驱动的外骨骼机器人,由于使用条件的限制,液压油箱体积较小,液压油箱本身的散热将直接决定外骨骼机器人的工作状态和性能,油箱散热效果不佳可能会导致外骨骼机器人无法正常工作。因此,采用合理的油箱散热结构对液压外骨骼机器人的长时间运行极为重要。本论文通过理论分析油箱散热原理及强化散热的一般措施,运用CFD仿真研究了油箱翅片单元的翅片厚度、翅片间距、翅片高度等结构参数对油箱散热性能的影响规律。根据场协同原理对油箱结构进行进一步优化,最终提出一种新型结构油箱,为液压油箱的优化设计提供参考。本文主要内容如下:(1)根据外骨骼机器人的结构、控制策略和运行特点等方面的要求,设计了液压系统;建立外骨骼膝关节几何模型,确定液压缸铰链固定点的位置;参考CGA数据,借助MATLAB软件分析膝关节角度、力矩变化曲线得到液压缸运动行程、液压缸速度等参数,进一步计算得到液压油箱仿真的入口参数;对液压缸、液压泵、伺服阀和液压管道等主要零件进行选型与设计。(2)对液压油箱散热原理进行理论分析,确定本课题提高油箱散热性能的方式:增大油箱散热面积和提高油箱对流换热系数;参考目前普遍使用的油箱强化传热的措施,根据本课题使用条件限制,采用优化油箱结构来提高油箱散热性能的方案;对液压系统的发热功率、散热面积和油温温升进行理论计算,得到仿真时液压油入口温度参数。(3)提出了油箱优化结构模型,以该模型为研究对象,建立基于CFD的油箱热流固耦合传热计算模型,对其散热过程进行仿真模拟,仿真结果表明:优化后的油箱吸油口油温明显降低,油箱散热性能显著提高。(4)将广泛用于强化散热的翅片结构应用到油箱上,根据翅片结构几何参数建立仿真模型,用CFD软件研究翅片间距、翅片高度和翅片厚度对油箱散热性能的影响规律,得到散热性能最优的翅片结构参数;随后根据场协同原理,采用在翅片表面场协同较差区域开圆孔的方法对翅片油箱结构进行进一步优化,仿真结果表明:开孔方法可以进一步提高油箱散热性能,并能节省材料,减轻油箱重量,由此得到最终油箱优化结构,为液压外骨骼机器人油箱设计提供参考。