液压与气动

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基于扩张观测器的液压驱动单元位置抗扰控制

俞滨, 巴凯先, 刘雅梁, 高正杰, 孔祥东

液压与气动. 2018, 0(1): 1-8. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.001

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机器人在运动过程中, 较大的外干扰力会降低机器人关节控制器的精度, 进而影响机器人的控制性能。以足式机器人的关节驱动器——液压驱动单元为研究对象, 建立了非对称缸液压驱动单元位置控制系统的数学模型, 推导了其状态空间表达式;将系统的总扰动扩张为一个新的状态变量, 从而建立了液压驱动单元位置控制系统的扩张状态观测器, 并通过带宽确定扩张状态观测器增益参数;设计了控制系统的控制律, 并对设计的扩张状态观测器的有效性进行了实验验证。实验表明:设计的扩张状态观测器对控制系统扰动有一定的抑制作用, 增强了系统稳定性, 提高了系统受外界干扰时的控制精度。

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装载机定变量液压系统工作原理与节能分析

张建, 冀宏, 蔡铮, 蒋俊, 陈乾鹏, 黄路路

液压与气动. 2018, 0(1): 9-16. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.002

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构建了新型装载机定变量液压系统, 分析了装载机定变量液压系统的工作原理及能耗问题。利用SolidWorks软件建立装载机工作机构的三维模型, 将其参数导入AMESim仿真软件中建立装载机的动力学模型;同时在该仿真软件建立装载机定变量液压系统的仿真模型, 针对装载机3种不同工况中的工作特性及能耗问题进行仿真计算分析。结果表明:转向系统由负载敏感泵供油, 泵输出流量大小取决于负载需求, 避免了旁路节流等损失;同时通过合理设计节流阀阀口面积, 使定量泵与变量泵顺次开始向工作系统供油, 小流量时只由定量泵向工作系统供油, 当负载需求流量增大, 定量泵与变量泵双泵合流, 共同向工作系统供油, 既保证了装载机的工作效率, 又具有节能效果;当转向系统与工作系统同时动作时, 变量泵优先向转向系统供油, 具有转向优先功能, 保证了装载机的安全性。相对于全定量系统, 定变量液压系统的效率更高, 尤其在小流量工况下, 具有明显节能效果。

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基于全空化模型的高压柱塞泵配流盘空化研究

田振东, 黄家海, 王灏, 黄越

液压与气动. 2018, 0(1): 17-22. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.003

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空化是影响轴向柱塞泵性能的主要因素之一, 将引起轴向柱塞泵的内部冲击和噪声, 甚至失效等问题。采用Pumplinx建立轴向柱塞泵内部流体域动态模型, 仿真分析了轴向柱塞泵配流盘吸油口卸荷槽和腰型槽内部流场速度、压力及空泡随时间的变化规律。研究结果表明, 空化不仅影响配流盘卸荷槽的高低压过渡区, 而且对配流盘吸油口侧的腰型槽内壁同样会产生严重影响。通过对比斜盘轴向柱塞泵在35 MPa全排量工况下, 耐久性试验过程中出现的配流盘吸油口腰型槽内壁表面金属剥蚀区域, 验证了仿真结果的准确性。

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径向柱塞泵轴配流副液动力矩特性研究

方继根, 吴进军, 王西峰, 张天鹭, 杨友胜, 吕晋

液压与气动. 2018, 0(1): 23-29. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.004

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为了研发高性能的海水径向柱塞泵, 建立了轴配流副的三维模型, 对配流副的水力学特性进行研究, 分析了液动力矩的产生机理, 进一步建立配流轴液动力矩的物理模型, 运用MATLAB软件模拟仿真液动力矩的变化规律。搭建试验台架, 并采用开通流孔的方式, 减小液压侧向力对试验结果的影响, 在海水介质条件下, 测试了配流轴的液动力矩随转速和配流窗口压差的变化, 验证了配流副的液动力矩模型的准确性。结果表明, 配流副转速较低时, 所受液动力矩的波动较大, 转速较高时, 所受液动力矩较为平稳;全平衡结构配流轴所受液动力矩不随转角变化, 只与配流轴转速和配流窗口的压差有关。

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压电驱动器的性能分析与测试

郑晓培, 王洪臣, 杨利, 李琨

液压与气动. 2018, 0(1): 30-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.005

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为确定液体的可压缩性和气体含量对压电驱动器性能的影响, 分别在不同的传递介质和加载压力下, 研究了驱动器的输出速度和推力的变化规律。结果表明:以自来水为介质时, 驱动器的最佳加载压力是0.07 MPa, 最大输出速度和推力为13.83 mm/s, 66.4 N, 是压力为0时的1.17倍和1.29倍。以纯净水为介质时, 驱动器的最佳加载压力是0.04 MPa, 最大输出速度和推力为25.83 mm/s, 92.6 N, 是压力为0时的1.11倍和1.15倍;比采用自来水做介质时增长了1.87倍和1.39倍。加载合适压力后, 驱动器的输出速度、推力、步长增加, 且输出与电压(频率)的线性关系范围增大;系统中气体含量越少, 驱动器达到最佳输出所需加载的压力越小, 加载压力对驱动器的输出性能的影响越明显。

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正反接方式下角座阀内介质的流动特性分析

王洋定

液压与气动. 2018, 0(1): 34-39. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.006

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针对不同连接方式下角座阀内介质的流动特性开展数值模拟和实验研究。采用RNG k-ε湍流模型, 结合标准壁面函数法, 计算阀内流场。通过流量系数的实验数据和计算结果对比, 验证了数学模型和计算方法的准确性。在此基础上, 对正接和反接方式下角座阀内的流动核心区域、速度场和压力场进行对比分析。结果表明:正接方式下, 角座阀具较高的流通能力, 阀芯附近流动核心区域的面积更大, 并且在阀门出口下侧存在较大的漩涡, 会导致流阻增加。两种连接方式下, 阀芯中央截面处均出现二次流, 其中正接方式具有更高的流动不稳定性。

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叶片式摆动缸组合密封性能分析与研究

王嘉毅, 霍良青, 张奇峰

液压与气动. 2018, 0(1): 40-45. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.007

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针对深海液压机械手关节驱动需求, 设计了一种叶片式摆动缸。依据其内泄漏产生位置设计对应的组合密封结构, 建立针对该摆动缸内泄漏的理论计算模型。实验测试了不同压力下内泄漏量和输出扭矩随O形圈截面尺寸和预压缩量的变化关系, 验证了所提密封形式和理论计算模型的合理性, 为叶片式摆动缸密封结构设计提供了理论依据。

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大通径分段式滑阀阀芯阀套配合间隙的设计

李俊, 罗前星, 晏红文, 马亦鸣

液压与气动. 2018, 0(1): 46-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.008

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研制了一种用于某节能机械液压控制系统的大通径滑阀式换向阀, 该换向滑阀采用分段式阀芯阀套结构, 由2个二位三通阀组合成1个三位四通阀。利用 SolidWorks对换向阀阀套建模, 分析其在各种工况下的变形情况以及对配合间隙的影响, 并通过变形趋势分析异常泄漏的产生原因, 确定了阀芯阀套最优配合间隙范围为0.030~0.035 mm。试验表明, 在此配合间隙范围时滑阀换向动作灵敏, 复位可靠性高, 泄漏量适当, 满足设计及实际使用要求。

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电液并行驱动双绳缠绕式深井提升系统钢丝绳张力反步控制策略研究

刘广达, 臧万顺, 李翔, 沈刚

液压与气动. 2018, 0(1): 53-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.009

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为解决双绳缠绕式深井提升系统两钢丝绳张力不平衡的难题, 提高深井提升系统的运行安全性, 提出了电液伺服系统驱动浮动天轮主动调节钢丝绳张力的调节方法;建立了双绳缠绕式深井提升系统和浮动天轮系统的动力学模型, 并对模型的准确性进行了验证。分析了深井提升系统钢丝绳张力差产生的机理, 在此基础上提出了钢丝绳张力调节反步控制策略;搭建了双绳缠绕式深井提升系统模拟实验台, 对钢丝绳张力主动调节反步控制策略进行了实验研究。结果表明, 与传统的PI控制器相比, 反步控制器能更有效地减小了钢丝绳张力差, 提高了双绳缠绕式深井提升机的运行安全性。

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基于核超限学习机的轴向柱塞泵故障诊断

曾祥辉, 兰媛, 黄家海, 胡晋伟, 魏晋宏, 武兵

液压与气动. 2018, 0(1): 61-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.010

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由于柱塞泵内部结构复杂且结构之间相互耦合, 致使对其进行故障诊断的难度也随之增加。为了提高算法的可靠性和诊断速度, 将核函数与超限学习机结合的方法用于柱塞泵故障诊断。首先, 通过加速度计和流量计采集到泵在正常和不同故障工况下的振动和流量信号, 同时对其采用小波包分解进行去噪;然后提取了时域无量纲指标和小波包分解的频带能量值中最大频带能量和系统中流量计的流量值, 共8维特征向量;最后用核超限学习机对4种故障(滑靴磨损、配油盘磨损、中心弹簧失效、松靴)进行识别与诊断。结果表明, 将核超限学习机用于故障诊断, 相比于超限学习机和传统的智能诊断算法支持向量机、BP神经网络有明显的优势。

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类磁栅液压缸位移传感器工作机理及仿真分析

李闯闯, 郭彦青, 付永领

液压与气动. 2018, 0(1): 65-70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.011

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由于类磁栅液压缸位移传感器在定量分析困难及测量精度不高等方面的不足, 使其独特的结构优势无法得到充分发挥。在充分分析其结构的基础上, 利用电磁场相关理论, 采用分子电流假说建立了永磁体数学模型, 通过Ansoft Maxwell软件对所求模型进行仿真并验证了所求模型的准确性。详细介绍两种磁敏感元件的工作原理和响应模型, 依托对敏感元件响应模型本身及工作过程仿真数据的分析, 得到霍尔元件更适合作为传感器的敏感元件及类磁栅液压缸位移传感器的测量精度与永磁体表面形状等几何尺寸密切相关等结论, 为该传感器高精度测量提供理论支撑。

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基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用研究

叶月影, 林添良, 任好玲

液压与气动. 2018, 0(1): 71-77. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.012

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为提高液压挖掘机的能量使用效率, 提出了一种基于平衡油缸的势能液压式存储和再利用系统。分析了平衡系统的工作原理, 通过建立平衡系统的动臂下降速度控制数学模型, 分析了平衡单元的加入对液压固有频率和阻尼比的影响。建立了系统的AMESim仿真模型, 分析了不同的管道容腔体积、蓄能器充气压力和蓄能器体积对动臂下降速度稳定性及动态响应特性的影响, 从而确定平衡单元关键参数的合理取值范围;以某型号1.5 t型的挖掘机为研究对象, 搭建了动臂势能回收试验平台, 验证平衡系统的节能效率。结果表明:该方案在标准工况下的节能效率为21%, 能量回收效率为58.2%。

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基于结构参数相关性的液力缓速器优化设计

刘春宝, 盛闯, 李雪松

液压与气动. 2018, 0(1): 78-83. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.013

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以液力缓速器为研究对象, 通过计算流体动力学(CFD)数值模拟方法, 借助滑动网格技术对缓速器内部非稳态不可压缩流动进行数值计算。分析了不同叶片前倾角下缓速器内部流场的特性和制动转矩。在最优前倾角的基础上, 基于各结构参数之间的相关性, 分别研究了不同流道腔型、叶片数对液力缓速器性能的影响。当叶片倾角为40°, 截面形状为扁圆形, 转子外环叶片数为40, 内环叶片数为20, 定子叶片数为43时, 模型制动转矩最大, 制动效果最好。

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智能液压动力单元电液伺服系统研究

李阳, 于安才, 王超光, 姜继海, 王建任, 梁浩骞

液压与气动. 2018, 0(1): 84-88. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.014

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智能液压动力单元是以液压缸为执行元件, 同时将能源、控制调节、状态监测及辅助装置高度集成为一体的智能化液压控制系统。智能液压动力单元采用直驱式容积控制技术, 具有节能、高效、智能化、独立控制、高度集成化、通用性强、性价比高等特点。给出了智能液压动力单元关键设计要素, 通过建立系统数学模型, 分析影响动态特性的结构参数, 设计适用于智能液压动力单元的模糊PID控制器, 利用AMESim/Simulink进行联合仿真, 并搭建智能液压动力单元实验台, 验证优化设计分析及模糊PID控制器的可行性。

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永磁弹簧单向阀的设计与特性研究

杨春啟, 吴张永, 王瑞, 蔡晓明, 马俣婷

液压与气动. 2018, 0(1): 89-95. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.015

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针对目前单向阀中因机械螺旋弹簧存在疲劳、断裂等导致其性能降低, 压力和流量损失增大等问题, 利用磁性材料“同性相斥、异性相吸”的原理, 提出斥力、引力两种永磁弹簧单向阀结构。利用ANSYS的Fluent模块对其进行流场仿真分析。在实验室条件下进行相同开启压力流量和压差-流量特性试验。结果表明:新型永磁弹簧单向阀结构合理, 斥力永磁弹簧单向阀开启压力最小, 反应最灵敏;引力永磁弹簧单向阀压力损失最小。两种永磁弹簧单向阀性能比机械弹簧单向阀优越。

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新型复式皮囊蓄能器动态性能分析

赵卫, 叶骞

液压与气动. 2018, 0(1): 96-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.016

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为改进皮囊蓄能器的动态性能, 提高其抑制液压流量脉动噪声及缓和负载变化压力冲击能力, 介绍了新型复式皮囊蓄能器的设计原理。从黏弹性力学出发, 建立了复式蓄能器动态性能方程组, 仿真分析新型蓄能器和旧式单皮囊蓄能器系统动态性能的差异。基于推导的广义Maxwell力学模型, 分析了新型动态系统的性能与其内部参数的联系。计算表明, 在低频及等温情况下, 新型复式蓄能器比旧式蓄能器能更好地吸收压力脉动和缓和压力冲击;新型蓄能器的复式结构提供更多可调节的内部参数, 也为提高液压系统工作性能准备了物质条件。

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高压气动球阀状态监测与性能评估试验研究

姜云春, 王海艳

液压与气动. 2018, 0(1): 104-109. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.017

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阀是流体输送系统中的关键部件, 准确地掌握其状态、性能对于确保系统安全可靠地工作非常重要。以高压气动球阀为对象, 开展状态监测与性能评估试验研究。构建球阀状态监测试验系统并开展实验, 利用获取的阀进气口与出气口压力、阀执行机构转动角度等有关信息, 对球阀的性能进行分析。结果表明:该方法能够将球阀工作过程的稳态与瞬态特征相融合, 很好地实现了对球阀动态过程和工作性能的评估。

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射流宽度和壁面曲率比值对附壁效应真空发生器性能的影响规律研究

吕苏荷, 李小宁

液压与气动. 2018, 0(1): 110-115. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.018

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以附壁效应真空发生器为研究对象, 研究了b/R值对其工作性能的影响规律。通过建立附壁模型并进行理论分析, 对影响射流附壁的关键参数b/R值, 即射流宽度b和壁面曲率R的比值进行探究。进一步对附壁效应真空发生器进行仿真, 分析其内部流体的流场分布。同时通过试验研究, 从真空度和真空响应时间两方面分析其主要结构参数b/R值对其工作性能的影响, 得出b/R值在1/50左右时工作性能最优, 达到的极限真空度为0.056 MPa, 真空响应时间为0.2 s。

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齿轮泵信息化智能测试系统的研制

徐其俊, 曹剑

液压与气动. 2018, 0(1): 116-120. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.01.019

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研制了基于数据库和计算机处理的集性能测试、流程管理、数据储存、结果分析、图表输出和智能判断等多功能为一体的齿轮泵信息化智能测试系统。介绍了该系统的硬件组成, 设计了实现自动化流程测试与信息化数据处理的软件模块, 提出了液压系统被测状态量在较高波动与较大背景噪声下的数据采集与有效值确认等方法, 并给出了齿轮泵出厂测试的实际测试结果。此智能测试系统可为企业销售、设计、维保、生产管理与人力资源管理等多个环节服务, 实现产品的出厂试验全检与可追溯, 提高了测试效率, 降低了维保成本。

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