2018年, 第0卷, 第04期　刊出日期：2018-04-15

  

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  液压阀口典型激振流动及其可视化实验方法

  陆亮, 何承鹏

  液压与气动. 2018, 0(04): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.001

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  液压阀口通常伴随剧烈的介质流动，诱发空化相变、流体自激、结构振动等复杂气液固耦合激振问题。通过流动可视化实验，获得流动现象的直观捕捉，有助于深入理解现象的物理本质，揭示问题的内在机制，获得合理的建模依据，进而提出解决问题的有效办法。在分析液压阀口流动可视化实验研究进展基础上，综合实验内容要素，阐述了 “看”、“听”、“演”的可视化实验研究方法与技术手段。
理论研究
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  2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究

  陆倩倩, 阮健, 李胜

  液压与气动. 2018, 0(04): 8-14. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.002

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  为研究双自由度（2D）伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响，运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明，在出口压力低于1 MPa时，阀口处会出现气穴现象，且因气穴指数σ较小，故在弓形感受通道会出现气泡现象，出口压力高于5 MPa时，无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在；随着入口流速增加，阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加；在出口压力0.1 MPa情况下，随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明，2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴，对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。
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  大深度载人潜水器液压系统故障分析及改进措施研究

  杨一帆, 赵晟娅, 齐海滨, 唐嘉陵, 丁忠军, 杨磊

  液压与气动. 2018, 0(04): 15-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.003

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  大深度载人潜水器是海洋资源开发的关键工具，而液压系统是载人潜水器深海作业的重要动力源。在对“蛟龙”号载人潜水器深海作业中液压系统的故障分析基础上，提出了液压系统电气控制独立分离方案以及阀箱油路改进措施，解决了分系统控制故障叠加及阀箱内泄漏的重大问题。实践证明，该方案能够有效减少潜水器液压系统故障，增加载人潜水器深海作业的稳定性及可靠性。对备航维护、海底作业、日常检查等提出了注意事项，并对大深度载人潜水器液压系统的故障分析做了展望。
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  冷却油路型射流管式伺服阀的热力学研究

  陈冬冬

  液压与气动. 2018, 0(04): 22-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.004

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   射流管式电液伺服阀因抗污染能力强、灵敏度高、失效对中等特点，被广泛应用于航天、航空、船舶等领域。介绍了冷却油路型射流管式电液伺服阀的结构原理，建立了稳态传热过程的热流量方程。利用有限元软件ANSYS 对冷却油路型射流管式电液伺服阀进行了热力学分析，并分析了力矩马达内部温度分布以及热梯度等物理量。试验验证了冷却油路型射流管式电液伺服阀的冷却效果，为冷却油路型射流管式伺服阀的结构设计、热力学研究提供了理论依据。
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  三凸起凸轮叶片泵泄漏与容积效率实验

  徐辉, 金洪文

  液压与气动. 2018, 0(04): 26-31. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.005

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  针对单排双凸起凸轮叶片泵流量脉动较大的问题，提出一种三凸起的新型凸轮叶片泵，该泵由三凸起的凸轮转子与两叶片组成，能够保证瞬时流量的均匀性。基于三凸起凸轮叶片泵内部结构的分析，归纳出该泵的几何排量计算公式，并分析该泵主要泄漏途径。通过建立各泄漏途径的流量数学公式，得出该泵的总泄漏量，并通过搭建实验系统进行了容积效率实验。结果表明：随着负载压力的升高，泵的容积效率随之降低，在负载压力为14 MPa时，理论容积效率为95.93%，实验容积效率为88.6%。
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  电液比例阀用双向比例控制器的研究

  朱继文, 许小庆, 王旭平, 刘政宏

  液压与气动. 2018, 0(04): 32-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.006

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  为了实现电液比例阀的双向比例控制，研制了一种利用专门用于阀用直线电机控制的基于芯片LMD18200的电路来实现双向控制要求，利用模拟电路设计产生PWM信号占空比可调来实现比例控制要求的控制器。研究分析了电机控制芯片电路的控制过程，模拟电路产生的PWM信号的占空比和频率调节原理。理论分析和实物实验表明，所设计的比例控制器性能可靠。利用MATLAB曲线拟合出指令信号差值和PWM信号占空比的关系。通过线性回归验证，能够通过调节PWM信号满足双向比例放大的需求。
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  基于立方插值拟质点法(CIP)的气动控制管路压力响应时间研究

  辜志强, 华健, 杨凡, 胥军

  液压与气动. 2018, 0(04): 37-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.007

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  气压制动系统的性能保证了车辆行车安全和制动稳定，气动控制管路作为控制部分是影响其压力响应时间的重要因素，精确分析和计算气动控制管路的压力响应时间具有重要意义。应用立方插值拟质点法（CIP）,求解得到了具有三阶精度的气动控制管路数学模型，并将仿真结果和实验进行对比，验证了仿真的准确性。应用灰色关联度定量分析了各参数对管路压力响应时间的影响程度，并基于响应面法进行了数值仿真实验，结果表明管长是影响压力响应时间最大的因素，同时压力响应时间的等高线图为气动控制管路的设计选型提供了理论参考。
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  基于AMESim的石材叉装车工作装置运动特性研究

  刘力, 张进生, 王经坤, 罗崇岳, 曹凯

  液压与气动. 2018, 0(04): 43-48. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.008

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  石材叉装车作为一种新型工程机械，需要具有较大的举升力和较强的运输性能，同时必须能够适应复杂的作业环境。由于现代矿山开采中叉装车的工况与装载机截然不同，因此传统的将装载机铲斗直接换成货叉的设计方法，使叉装车的举升性能未能得到较大的提升，不能满足使用要求。为获得结构合理、举升性能良好的叉装车工作装置，建立了工作装置动力学模型并分析比较了动臂液压缸铰接点水平和竖直位置变化对工作装置运动特性的影响规律，选取了动臂油缸最优铰接点位置。仿真结果表明，在同样举升30 t荒料的工况下，工作装置动臂液压缸最大压力减小了5 MPa，实现了叉装车性能的优化，为叉装车工作装置参数优化提供了依据。
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  人类负重外骨骼结构驱动系统设计及研究

  王记彩, 孙贤杰, 刘若竹, 余健

  液压与气动. 2018, 0(04): 49-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.009

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  在分析人类负重外骨骼结构原理的基础上，针对其系统控制特点，设计了外骨骼结构液压驱动系统方案，并阐明其控制原理，建立了液压驱动系统数学模型。利用MATLAB/Simulink对其关节联动和行走性能进行仿真分析。搭建了实验平台，对其液压伺服控制和髋关节液压缸输出压力进行了实验研究。实验结果与仿真分析基本保持一致，其中髋关节液压缸阶跃响应时间约为480 ms，频率为1 Hz时其正弦跟踪误差最大为4°。实验证明：该液压驱动系统动作稳，响应快，可控性好。
工程技术
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  无人机弹射缓冲储能系统设计研究

  唐友亮

  液压与气动. 2018, 0(04): 53-57. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.010

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  考虑到无人机弹射滑车制动时存在较大能量损耗问题，设计了无人机弹射缓冲储能系统。介绍了缓冲储能系统工作原理，简化并基于AMESim建立了系统仿真模型，仿真研究了高速滑车缓冲储能过程的动态性能，重点分析了储能溢流阀和蓄能器对滑车运动性能和蓄能器储能性能的影响规律。仿真表明：储能溢流阀开启压力和蓄能器充气压力对系统性能影响一致，随其值增大，滑车位移减小，缓冲储能时间缩短，蓄能器储能量减小；蓄能器气囊容积增大，滑车位移增大，缓冲储能时间延长。
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  液压马达自动送钻装置的研制

  吴卫周, 张虎山, 杨刚, 刘志林, 李凯

  液压与气动. 2018, 0(04): 58-61. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.011

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   液压马达自动送钻装置是石油钻机提升系统中重要的设备之一，当绞车主动力系统发生故障时，可代替绞车主动力系统的功能进行应急操作，提升最大钻柱重量；可以根据钻进作业过程的需要，在恒钻压送钻和恒钻速送钻两种模式下进行选择，完成自动送钻设定。通过设定输出扭矩，反向拖动绞车滚筒，实现自动调整送钻速度和钻井过程安全保护，达到钻进作业过程中恒压和恒钻速目的。利用计算机控制技术与液压控制技术相结合精准控制液压马达实现高精度送钻。控制系统采用PLC编程控制，通过接收外部的连续钻压测量信号与液压马达转速检测单元的信号，实现钻井作业中的信息综合处理和送钻控制。经过油田现场17套钻机30余口井的应用表明，该装置值得推广应用。
理论研究
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  快速锻造液压机组蓄能器回程系统特性研究

  魏海涛, 薛飞, 魏小玲, 冀宏

  液压与气动. 2018, 0(04): 62-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.012

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  针对快速锻造液压机组回程系统中蓄能器选用缺乏理论支持的问题，以10 MN快速锻造液压机组回程系统为例，运用AMESim软件分别对含气囊式蓄能器和含活塞式蓄能器的快速锻造液压机组回程系统进行仿真分析和试验研究。仿真结果表明：含活塞式蓄能器的快锻压机回程系统比含气囊式蓄能器的快锻压机回程系统的锻造频次高1.2倍；含气囊式蓄能器的快速锻造液压机组回程系统在回程缸回程时，其响应时间比含活塞式蓄能器回程系统的响应时间少20 ms，但在主机下压时，结束时间比含活塞式蓄能器回程系统响应时间滞后100 ms；含气囊式蓄能器的回程系统回程缸进口流量波动幅较大。在满足压机回程压力的前提下，通过不同初始充气压力、不同蓄能器容积对含活塞式蓄能器的快锻压机回程系统的试验，结果表明仿真与实测结果基本一致。
工程技术
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  航空液压作动器O形圈静密封性能及可靠性有限元分析

  李强, 王东辉, 张伟

  液压与气动. 2018, 0(04): 69-73. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.013

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  利用ANSYS Workbench软件建立了一个航空液压作动器O形圈静密封数值仿真模型，研究了O形圈在不同压合量、油液压力、温度等条件下的接触压力分布和Mises应力分布，以此得到压合量、油液压力、温度等因素对O形圈静密封性能和使用寿命的影响。结果表明：随压合量、油液压力的增大或者温度的升高，O形圈的最大接触压力和最大Mises应力都增大，密封性能良好但是使用寿命下降。计算了各压合量和油液压力下O形圈的有效密封宽度，并利用有效密封宽度来评价O形圈静密封的可靠性。
综合应用
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  太阳能集热装置随动跟踪液压系统设计

  吴延伸, 黄效国

  液压与气动. 2018, 0(04): 74-79. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.014

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  太阳能以其安全、清洁、无污染、储量丰富等优点逐渐受到人们的关注。针对其密度低、光照方向变化等特点，发明了跟踪装置以提高太阳能的利用率。为了提高跟踪装置精度，降低制造成本，对现有视日运动轨迹式跟踪装置提出了改进方案。设计了一种新型跟踪装置，采用液压马达驱动液压绞车带动反射镜转动跟随太阳，避免了采用双液压缸驱动时所需要的复杂轨迹规划。利用单片机控制实现装置的自动运行，设计了完整的液压驱动方案，详细描述了其工作原理，通过MATLAB仿真验证了跟踪装置液压系统的可行性。
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  液压振动台小量级振动超差分析及改进

  窦雪川, 郝岩研, 李红, 杨志鹏, 贺智国, 王晓晖

  液压与气动. 2018, 0(04): 80-85. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.015

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  动态特性是考察液压振动台系统的最关键因素，对振动试验结果的准确性影响巨大。针对实际液压振动台系统在试验过程中的小量级振动超差现象，分别从振动台结构特性和液压系统特性两方面进行研究分析和理论计算。在结构特性方面对液压振动台系统整体进行模态试验和分析，在液压系统特性方面提出增大液压系统阻尼的改进方法并进行试验验证。最终确认增大液压系统阻尼的方法可以消除液压振动台小量级振动超差问题，使液压振动台试验系统动态特性进一步得到改善。
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  一种螺旋齿轮泵的设计与研究

  徐其俊

  液压与气动. 2018, 0(04): 86-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.016

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  通过对齿轮曲线和螺旋齿轮泵构造的研究，在原有齿轮泵结构的基础上设计了齿轮泵齿轮的齿廓曲线和螺旋角，齿轮的平稳传动可以通过齿轮齿廓曲线的连续传动来保证。此设计方案使用三维软件对齿轮轮廓曲线进行了模拟设计,得到相应的齿轮轮廓曲线，再进行展成、模拟仿真和多次修正最终得到符合要求的齿轮。这种齿轮可以有效的解决齿轮泵的困油问题，能够大大减小齿轮泵的脉动，降低齿轮泵的噪声，对当前液压系统降低噪声的设计与研究具有重要意义。
工程技术
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  基于Fluent技术的折褶滤网过滤性能分析

  刘彭

  液压与气动. 2018, 0(04): 92-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.017

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  折褶滤芯在基础工业及军事领域中都有着广泛的应用。以一种全新的视角分析V形、U形、矩形和梯形折褶滤网，将研究范围深入到微观，推导出了4种折褶滤网的总压力损失计算公式。运用Fluent技术模拟出机械油流经4种折褶滤芯时的流态特征,结合试验测验结果，明确了能影响过滤性能的3个技术指标，为滤芯的设计和选形奠定基础。结果表明：理论推导的过程及结果是正确的，试验测验的误差也存在一定的合理性；在折褶长度和宽度一定的条件下，U形折褶和梯形折褶滤芯的过滤性能优良，适用于压力较大的液压系统。
理论研究
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  基于AMESim断带抓捕缓冲系统仿真研究

  王利锋

  液压与气动. 2018, 0(04): 101-104. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.018

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  断带抓捕装置是带式输送机安全运行的重要保护装置，但当带式输送机断带抓捕时易产生较大冲击载荷。液压缓冲对冲击载荷具有较好的吸收消耗作用，可减小断带抓捕时的冲击振动。通过介绍断带抓捕液压缓冲系统的工作原理，利用AMESim进行系统建模。研究了溢流阀开启压力对缓冲油缸压力及制动距离的影响，得出理想的溢流阀开启压力为3 MPa，制动距离为0.59 m，制动时间为1.59 s，并模拟了溢流阀开启压力为3 MPa时的冲击实验。结果表明活塞位移和缓冲腔压力均略低于仿真值，但接近程度较高，验证了仿真研究的参考性。
工程技术
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  一种锁紧液压缸的失效分析与结构优化

  梁齐齐, 熊瑞平, 赵亚文, 乔治, 罗勇

  液压与气动. 2018, 0(04): 105-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.019

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  针对一种端部锁紧液压缸在反复锁紧、解锁过程中，锥套易疲劳断裂，导致液压缸无法锁紧的原因进行了分析，建立了数字化模型，提出了锥套新的过渡曲线和材料的改进方案，并对新的过渡曲线尺寸参数做出了分析。理论分析与仿真结果表明，采用新的锥套结构和新材料后，能有效降低零件的应力集中现象，提高零件的疲劳强度，延长液压缸使用寿命。
理论研究
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  基于气液转换器的气动汽车动力系统能效优化

  付向恒, 蔡茂林

  液压与气动. 2018, 0(04): 109-114. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.020

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  随着能源和环境问题日益严重，基于气液转换器的气动汽车逐渐被关注。然而，以压缩空气为动力来源的气液转换器在工作时能量效率低下，直接影响了气动汽车的发展。设计了一种驱动气动汽车的气液转换器系统，建立数学模型，对气液转换器的工作过程进行仿真，分析了关键结构参数对该系统能效的影响。并搭建基于此气液转换器的汽车动力系统实验平台进行验证，得到优化系统能效的方法，结果表明：当输入压力在0.5~0.55 MPa之间变动时，或者活塞的有效面积比为4~6之间，系统的效率将会超过30%。活塞行程对效率的影响小，随着活塞行程的变化，效率保持在30%几乎不变；活塞行程对输出功率影响大，活塞行程增加时，输出功率下降；输入压力和活塞有效面积比增加时，输出功率也会增加。结果表明：为气液转换器的结构设计和性能优化提供了依据。
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  液压弹簧操动机构缓冲结构的仿真研究

  张作状

  液压与气动. 2018, 0(04): 115-119. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.04.021

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  液压弹簧操动机构是高压断路器的重要组成部分，决定了断路器的分合速度和工作稳定性，而缓冲结构在操动机构动作过程中起着不可或缺的作用。为研究和优化800 kV超高压断路器的缓冲结构，对其进行理论分析，利用SolidWorks和ADAMS软件建立内阶梯形缓冲结构的数学模型，建立基于AMESim和ADAMS软件的联合仿真模型，并对分闸缓冲进行试验测试。通过仿真分析和试验研究，得到缓冲结构的动态缓冲油压及流体特性，对五级阶梯形缓冲结构进行优化改进，进一步提高了液压弹簧操动机构的可靠性和适用性。