工业4.0时代下-流体动力领域在做什么

流体动力是一种综合技术，用于传输具有高功率重量比的机械动力。它广泛用于许多工程领域，例如农业，建筑，运输，航空航天，船舶，制造业和娱乐业，尽管这种技术经常受到低效率，高噪声排放和有时可控性差的限制，动力流体领域努力旨在克服这些限制，允许更好地使用流体动力技术，并可能将其应用扩展到其他工程领域。这一目标可以通过深入了解流体，热和机械领域中的基本现象来实现，这些现象表征了流体动力部件和系统的功能，可以推动新型解决方案的发展。

新组件

流体动力组件的新颖设计解决方案，特别是外齿轮泵和马达，齿轮转子，径向活塞机和液压阀， 新的解决方案允许额外的功能。研究的新型可变输送外啮合齿轮机，或减少能量损失（减少外齿轮泵的剪切损失），或减少噪音排放。 为了实现这项研究的目标，开发出具有独特功能的流体动力部件的独特方法，以模拟功率损耗和噪声产生。

如下图所示，实现齿隙空间与入口/出口槽的连接的可变定时，通过在外齿轮机的侧向衬套内引入称为“滑块”的可移动元件来实现连接定时的变化。对于泵和电动机的情况，滑块的位置决定了每转单位的流量。位移动作发生在角度间隔θ中，角度间隔θ定义了啮合区域。在作用线的点D和S之间，TSV被捕获在接触点之间，因此通过入口/出口槽实现移位动作。在标准EGM中，当容积最小时，实现入口和出口槽之间的换向，从而利用泵的最大容积。

新系统和控制

设计具有卓越能效的新型系统解决方案的活动或提高当前流体动力机器的可控性，减少振荡 有效载荷和执行器。开发流体动力机械中液压驱动的新架构和控制策略，研究制定一种新的一般适用性控制策略，用作振荡阻尼的电流耗散解决方案的节能替代方案。

为了减少液压机器中的振荡，电子控制器用于检测振荡，处理信息并产生发送到机器致动的控制信号（通常为液压阀）。需要在机器中添加传感器，以获取要处理的信号；虽然这会增加生产成本，但控制器所需的传感器数量有限，而不会显着增加成本。控制参数需要连续调谐，这通过使用极值寻找算法的自适应方案来实现。下图为专用于结构振荡的控制器由PID控制器控制，该控制器反馈是阀门工作端口处的压力信号，而专用于有效负载振荡的控制器使用快速傅里叶变换（FFT）算法来检测压力信号中的隐藏振荡。

流体特性

液压流体的特性，特别是气体（空气释放）和蒸汽空化的影响会影响整个流体动力系统的性能。气蚀是许多设计限制或许多液压元件的机械故障的起因，并且它显着影响流体动力系统的能量性能。对液压油中空化的静态和动态特性的基本理解允许为更高效和可靠的液压机制定设计标准。 最近开发了一种能够预测空气释放/吸收和蒸汽空化动态特征的模拟方法，并显示了液压泵的仿真模型。所提出的方法的新颖性在于其公式化，其适用于流体动力研究领域中常用的集总参数建模方法。在流体特性领域，最近解决了模拟非牛顿流体特性对齿轮泵泵送特性影响的问题。

下图为平衡阀（CBV）广泛用于流体动力领域，作为控制重力或超载负载的执行器的安全部件。 它们是连接到执行器端口的三端口计量元件，它将三个典型的阀门功能组合在一个组件中，如下图所示。主级用作先导式压力释放阀，用于执行器端口（端口1）的回流。 先导压力（在先导端口3处）降低了安全阀打开的端口1处的压力。 当向负载提供流量时，止回阀允许流动绕过主级。

下图显示了使用没有缓冲的气缸进行的非稳态测试的示例，该气缸用于在CBV工作口处产生突然的压力上升。

水力学

水力学研究适用于高压水力学的部件的概念，使用水作为工作流体代替传统的油基液压流体代表了与当前流体动力系统的泄漏及对油依赖性相关的问题的可行解决方案，主要旨在解决与在液压部件中使用低黏性流体相关的挑战。水力学已成功精确模拟与牛顿流体配合使用的泵，它使用压力建立方程来计算不同腔室的压力，湍流孔口方程计算通过孔口的流量和层流流动方程来计算通过泄漏的流量。对于非牛顿流体，修改了后两个方程。外齿轮泵中的泄漏流被建模为流过平行板的流动，其中一个板移动。这种幂律流体流动的解析关系用来代替牛顿方程。

下图为了确定精确的孔口流动方程，对各种收缩率的孔进行建模，并在Polyflow中模拟流过它们的流量。使用Phan-Thien-Tanner粘弹性模型对流体进行建模。然后记录压力 - 流速数据。对数据进行回归，开发了一种新的孔口方程，该方程将孔口的压降和收缩率与通过孔口的流量相关联。

总结

未来需要加大对流体动力仿真工具的开发，开发独立的代码包，具有交互式图形用户界面，可生成各种对称和非对称齿轮轮廓，并自动生成仿真所需的输入。 支持外齿轮泵和电机的研究，提供了通过装置的流量的详细分析。研究齿轮的不同几何结构的影响，侧向衬套和由于其压力负载导致的齿轮微动作的情况，未来的工作包括修改允许齿轮径向微动的模型，研究全系列泵的特性，并研究其在极端工作条件下的性能。开发出新的部件，满足低成本，紧凑，合理的操作效率和良好的可靠性，并且能够 改变位移。