2017年, 第0卷, 第12期　刊出日期：2017-12-15

  

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专题文章
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  用于压缩空气储能的微米级水雾冷却等温压缩实验研究

  许未晴, 贾冠伟, 年炫炜, 蔡茂林

  液压与气动. 2017, 0(12): 1-8. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.001

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  压缩空气储能(CAES)是一种大规模储能技术,可以用于调节城市电力供需,缓解用电高峰电力短缺,减少电网容量建设。目前,储能技术逐渐开始应用于城市,当电价下降时,采用电池储存电力,价格上升时,释放电力,利用峰谷电价差实现盈利。与电池相比,CAES容量大(100 MWh,电池小于10 MWh)、环保(无重金属污染),使用寿命长。但由于储能效率过低,通过电价差盈利空间小,投资回收期长是限制其商业应用的重要因素之一。目前,多数压缩空气储能系统都基于绝热压缩,大约有一半的电力被转化成了热量并耗散。由于压缩时空气的温度上升,导致压缩功增加,并转化得到更多的热。许多研究聚焦在增强压缩空气的散热来达到等温压缩。本研究提出将微米级(10~100 μm)水雾喷入压缩空气与之混合,吸收压缩热,降低压缩空气温度,以实现等温。通过实验对压缩空气压力,体积和温度的变化特性进行了分析。对于总体积为0.94 L的压缩腔,当压缩比为2时,水雾冷却后,压缩功从177.9 J/循环(绝热)下降到121.2 J/循环,且效率达到88.7%(绝热61.6%)。
理论研究
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  基于RecurDyn和AMESim的四配流窗口轴向柱塞马达多体动力学联合仿真分析

  刘等卓, 王爱红, 牛雪梅, 高有山

  液压与气动. 2017, 0(12): 9-13. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.002

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  针对四配流窗口轴向柱塞马达实验成本高、研发周期长,提出了建立四配流窗口轴向柱塞马达虚拟样机仿真实验方法。首先利用RecurDyn和AMESim软件建立四配流窗口轴向柱塞马达的3D动力学模型和1D液压系统模型;利用ANSYS软件,对四配流窗口轴向柱塞马达部分几何模型进行模态求解,生成四配流窗口轴向柱塞马达模态柔性体(R-Flex)多柔体动力学模型;利用RecurDyn和AMESim软件间接口技术,实时传递与共享机械系统模型和液压系统模型间的关键参数信息,完成虚拟样机模型构建;最后通过动力学求解,得到四配流窗口轴向柱塞马达在不同工况下的动态应力应变,实现四配流窗口轴向柱塞马达虚拟样机仿真实验。为四配流窗口轴向柱塞马达的实验研究、特性分析、结构优化及疲劳可靠度预测等提供重要参考和依据。
工程技术
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  气液增力缸:冲压特性分析

  王成刚, 何凡, 谢小恒

  液压与气动. 2017, 0(12): 14-19. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.003

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  针对高端气液增力缸的研发问题,以德国TOX公司S8.30.200.12型号气液增力缸为代表研究对象,分析了该气液增力缸的结构、工作原理以及数学模型,利用AMESim完整的搭建出该气液增力缸仿真模型,得到了气液增力缸冲压特性曲线与压差换向阀延时换向特性曲线。模拟得到的冲压特性与参考值、实验值误差在5%之内。此外,力行程转换阀的特性曲线准确的反应了气液增力缸延时特性,为国内高端气液增力缸的研发起到一定的推动作用。
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  一种新型微小内啮合渐开线齿轮泵的设计

  孙立峰, 葛泽华, 姜继海

  液压与气动. 2017, 0(12): 20-27. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.004

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  根据油田封井堵塞器的需求,将油田机械中过小孔油管堵塞器与液压技术相结合,设计一种新型微小内啮合渐开线齿轮泵。介绍了该新型微小内啮合渐开线齿轮泵的结构组成及工作原理,提出设计的创新之处及其功能;确定了泵的主要设计参数,利用有限元分析软件建立主要受力零件——壳体和齿轮的数值计算模型,进行强度仿真计算;根据泵的设计参数,利用ANSYS有限元建立流体模型与ANSYS ICEM CFD进行泵的内部流场仿真,最后确定关键零件加工工艺并制造实验样机,通过实验验证该泵的空载和有载工况下的容积效率、总效率等指标,结果表明该泵能够满足设计要求。
理论研究
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  基于模糊控制原理的液压混合动力工程车辆能量管理策略研究

  刘洋, 林慕义, 陈勇

  液压与气动. 2017, 0(12): 28-35. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.005

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  针对液压混合动力工程车辆工作过程中存在的燃油经济性较差和能量回收率低的问题,以装载机为原型,提出了一种基于模糊控制理论的车辆驱动与联合制动能量管理策略。根据车速、蓄能器SOC、泵/马达扭矩、制动扭矩等相关参数建立相应的模糊规则,制定车辆驱动控制策略和再生制动控制策略。搭建整车前向仿真模型对制定的控制策略进行仿真,然后进行硬件在环实验对仿真结果进行验证。结果表明,提出的控制策略合理有效,车辆的燃油消耗率有所下降。
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  带连杆六自由度并联振动台控制方法

  徐显桩, 沈如涛, 关广丰, 熊伟, 王海涛

  液压与气动. 2017, 0(12): 36-39. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.006

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  对于并联运动平台,将液压缸体固定,由轻量化连杆传递运动可降低液压缸运动的惯性力和铰接处摩擦力。以一种带连杆的六自由度并联振动台为研究对象,基于位置正解算法提出带连杆六自由度振动台位姿控制策略。对振动台进行了运动学分析,通过局部坐标变换推导出位置正解计算方法。利用SimMechanics建立了带连杆六自由度振动台的动力学模型。结合PI控制器、雅克比矩阵以及正解算法,应用MATLAB/Simulink搭建了完整的闭环控制模型。最后通过阶跃响应与正弦响应仿真验证控制策略的有效性。
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  Stewart平台位置反解研究

  赵静一, 张荣兵, 孙龙, 郭锐, 李文雷

  液压与气动. 2017, 0(12): 40-47. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.007

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  Stewart机构运动比较复杂,仅仅通过数学模型的方法,无法充分直观的分析机构在不同位姿下各条液压缸长度的变化情况。据此,提出了基于Simulink环境下对Stewart平台进行位置反解的建模与仿真方法。在通过建立Stewart平台位置反解数学模型的基础上,分析了Simulink中各模块的使用及参数设置方法,对位置反解的数学模型进行了建模,并对Stewart机构6个单自由度的液压缸运动进行了仿真。结果表明,通过仿真曲线直观地了解了六自由度摇摆台位姿变化时,6条液压缸杆长变化规律。
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  蜗壳宽度对采棉机风机气动性能的影响

  王晨, 木合塔尔·克力木, 孙海霞

  液压与气动. 2017, 0(12): 48-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.008

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  为探寻更为合理的采棉机风机蜗壳宽度,分别建立了5种不同蜗壳宽度的风机模型。采用数值模拟的方法分析研究了蜗壳宽度变化对风机性能的影响,并对比分析了改良后的风机和原风机在不同流量工况下的流场特性。结果表明:随着蜗壳宽度增加,风机性能降低。当蜗壳宽度减小10 mm时,风机全压和吸口负压明显增大,风机性能得到提高;但当蜗壳宽度进一步减小20 mm时,风机性能又明显下降。改良后的风机较原风机流场质量得到了一定程度的改善。
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  基于前馈解耦的振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪控制研究

  宋勇, 沈刚

  液压与气动. 2017, 0(12): 53-59. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.009

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  针对振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪过程中的多余力抑制问题,分析了振动与加载电液混合系统的组成及工作原理,建立了混合系统的动力学模型,并对动力学模型的准确性进行了验证。在此基础上,分析了混合系统加载多余力的产生机理,提出了振动与加载电液混合系统力加载前馈解耦控制算法。搭建了振动与加载电液混合试验台及嵌入式控制系统,利用振动与加载电液混合试验台进行了力加载控制策略的试验研究。结果证明,与传统PI控制器相比,提出的力加载前馈解耦控制算法可以更有效地抑制系统多余力,提高力加载的跟踪精度。
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  基于动网格的液压滑阀流固耦合分析

  张顺锋, 张胜, 王强, 何晓晖, 崔言伟

  液压与气动. 2017, 0(12): 60-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.010

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  采用基于动网格的流固耦合分析方法,建立了液压滑阀开启过程的三维动态数值分析模型,计算阀芯在驱动力、流体力和弹簧力共同作用下的运动分布、应力变化和形变。结果表明:提供一种分析液压滑阀开启过程的数值仿真方法,阀芯在开启完毕达到稳态后仍有小幅振动;阀芯的径向形变主要发生在阀杆上,且变形量随时间产生小幅波动;阀芯由于油液的冲击在入口处产生较大变形并在台肩与阀杆连接处产生应力集中,采用CFD方法得到的液压滑阀运动分布、应力变化、形变和理论值的误差在可以接受的范围内,证明了仿真的可靠性。
工程技术
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  车辆换挡缓冲阀的优化设计研究

  张啟晖, 熊伟, 熊庆辉, 王海涛, 关广丰, 王祖温

  液压与气动. 2017, 0(12): 65-69. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.011

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  车辆换挡缓冲阀是自动换挡操纵装置的重要组成元件,它能够使得车辆在换挡的过程中车速平稳地过渡,为了设计一个换挡品质令人满意的缓冲阀,需要研究合适的优化设计方法。基于换挡缓冲阀的结构及工作原理,在AMESim环境下建立了换挡缓冲阀的仿真模型,利用试验设计方法(Design of Experiments,DOE),分析得到阀的结构参数对其油压特性的影响分布情况,并且对主要的结构参数利用遗传算法获得期望的最优值,并通过台架试验验证了此优化方法的可行性。
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  液压挖掘机动臂势能复合式再生系统的研究

  贺福强, 杜希亮, 周金松, 姚学练, 韩雄

  液压与气动. 2017, 0(12): 70-75. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.012

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  为提高液压挖掘机的能量利用率,提出了一种新型复合式动臂势能回收方法。把动臂下落时的回油腔通过回转马达连接到1个蓄能器上,动臂下落时的势能一部分转化为蓄能器的液压能,在动臂提升时蓄能器的液压能转化为动臂的势能;一部分通过发电机转化为电能,储存在超级电容中。蓄能器的压力用来辅助驱动回转泵的转动,这样就可以减少回转马达功率的输入,通过调整马达的排量来控制动臂提升和下落的速度,利用2个液控单向阀来实现系统的保压。这种方法没有节流和溢流损失,回收效率高。通过仿真验证了方法的可行性,实现了动臂势能的回收,为动臂势能回收的实际应用提供了参考。
理论研究
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  基于AMESim液压隔膜计量泵阀滞后因素及影响的研究

  董敏, 李想, 夏晨亮, 连晓硕, 杨浩

  液压与气动. 2017, 0(12): 76-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.013

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  为提高液压隔膜计量泵的使用性能,对泵阀滞后现象进行研究。分析液压隔膜计量泵的工作原理和机能,利用AMESim平台建立液压隔膜计量泵的整体仿真模型,根据影响泵阀滞后的曲柄转速和出口压力这两个主要因素,得到滞后角随曲柄转速的变化曲线和不同出口压力下出口流速随曲柄转角的变化曲线。研究了泵阀滞后对泵容积效率的影响,得出合理地改善曲柄转速可以减小泵阀滞后角,能够提高泵的容积效率和使用性能。
综合应用
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  两非对称液压缸同步举升系统的自适应跟踪控制

  窦海斌

  液压与气动. 2017, 0(12): 82-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.014

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  针对由两个非对称液压缸组成的电液伺服同步举升系统,首先建立了该系统的非线性耦合模型,并在该模型的基础上设计出一种鲁棒自适应跟踪控制器。该控制器利用多变量后推设计方法实现了液压缸对目标轨迹的跟踪控制以及同步控制,并结合参数自适应律解决系统中某些参数的不确定性问题。整个控制律的设计过程通过Lyapunov函数方法保证系统的稳定性。为验证该控制律,使用AMESim软件构建两非对称液压缸同步举升系统仿真模型,仿真结果验证了提出方法的有效性。
工程技术
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  气动平衡助力机械手反馈控制系统设计

  巴晓甫, 李欢欢, 王永宏, 侣胜武, 闫喜强

  液压与气动. 2017, 0(12): 90-94. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.015

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  针对气动平衡助力机械手负载端力臂不断变化的随位平衡问题,提出通过反馈控制实现机械手随位平衡方法。在采集气缸输出端压力基础上,将输出压力信号实时反馈给气缸输入端控制器——主气控调压阀,通过对主气控调压阀输出端的气压调节,使气缸输入端压力和输出端压力达到动态平衡,实现机械手在负载端力臂变化情况下的随位平衡。实验结果表明:在额定载荷下,人手能轻便地移动机械手;当停止移动时,机械手在无手操纵力下能自动平衡。
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  一种新型气动肌肉助力背心

  张成就, 李小宁

  液压与气动. 2017, 0(12): 95-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.016

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  患有腰椎间盘突出或是腰部受伤的人群负载能力下降,介绍了一种新型气动肌肉助力背心帮助患者实现承力。设计了气动助力背心的整体方案,将充气伸长的气动肌肉及其辅件两端分别作用在胯部和腋下,从而降低腰部的压力。研制了一种径向尺寸小、具备柔顺性和有一定径向刚度的波纹内衬式滑管气动肌肉作为助力背心的支撑单元,并测试了气动肌肉的等长特性。通过理论计算了气动助力背心的承载能力。试验表明,助力背心工作在0.2 MPa时,能实现120 N的支撑力。
综合应用
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  粘滞阻尼器模型修正及关键参数的仿真研究

  郭畅, 武一民, 付强, 刘志刚, 潘克非

  液压与气动. 2017, 0(12): 101-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.017

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  结合某型粘滞阻尼器,通过流体动力学分析软件Fluent对粘滞阻尼器模型进行了仿真分析。考虑使用中阻尼器硅油黏度随温度变化及活塞自重引起的应力变形等实际情况,对模型和仿真进行了调整和修正,最终达到了仿真和试验结果误差在5%以内的较高精度要求。研究了活塞长度和间隙等关键参数对间隙式粘滞阻尼器性能的影响,尤其是对速度指数和阻尼系数的影响规律。
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  高压检测系统中低压仪表保护阀设计分析

  刘光新, 涂琴

  液压与气动. 2017, 0(12): 107-111. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2017.12.018

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  矿用液压阀与立柱、千斤顶等元部件都需要进行高压与低压密封性能试验。为了提高检测过程自动化水平,减少人为干预试验过程引起的操作失误,设计出可以自动切换低压与高压检测回路的低压仪表保护阀。该阀可以设定保护压力,低压与高压情况下密封可靠,结构紧凑。并对设计过程的分析计算作了解释和说明。