2018年, 第0卷, 第11期　刊出日期：2018-11-15

  

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  基于增材制造的液压复杂流道轻量化设计与成形

  张磊, 祝毅, 杨华勇

  液压与气动. 2018, 0(11): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.001

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   选区激光熔化（SLM）是一种金属增材制造技术，它利用激光逐层熔化金属粉末累加成形，在复杂零部件和轻量化结构成形上优势明显。分析了液压系统中复杂流道结构的典型特征，提出了传统加工流道局部压损过大、轻量化程度不足两个问题。基于SLM技术，进行了伺服阀集成块的设计成形，实现了集成块整体37%的减重，提取的典型流道仿真结果显示，压力损失降低了50%。最后提出了一种综合约束分析、模型设计和仿真评估的复杂液压流道轻量化设计方法，初步显示了增材制造液压集成块在轻量化和改善油液流动特性上的潜力。
理论研究
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  一种十字摆盘驱动式轴向柱塞泵结构设计

  张华扬, 张军辉, 夏士奇, 岳艺明

  液压与气动. 2018, 0(11): 8-12. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.002

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   轴向柱塞泵作为液压系统的核心动力元件，具有额定压力高、流量大、功重比高等优点，传统斜盘式柱塞泵结构复杂，易导致滑靴磨损，且柱塞与缸体之间具有较大的侧向力易造成柱塞卡死，影响柱塞泵的可靠性及寿命。提出了一种新型十字摆盘驱动式轴向柱塞泵结构，斜盘轴旋转驱动十字摆盘摆动回程，实现柱塞的往复运动，同时高低压配液阀实现流体介质的配流，完成柱塞吸排油动作。通过模型受力分析验证，该柱塞泵具有回程结构性能稳定、侧向力小等优点，应用前景广泛。
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  基于SimulationX的外齿轮泵输出特性的研究

  李玙璠, 赵斌, 张晓刚, 权龙

  液压与气动. 2018, 0(11): 13-17. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.003

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  外啮合齿轮泵是液压系统中应用最广泛的动力源，具有良好的性能和较低的制造成本。基于SimulationX软件构建了考虑流量压力脉动的齿轮泵模型，基于泵的可变孔口、可变容积及间隙区域（均为角位移的函数）建立了流体动态模型。仿真获取了典型工况流量及压力的变化结果，并与实验数据进行了时域和频域的对比分析,对外啮合齿轮泵的输出特性预测方法进行研究。结果表明，仿真结果可以预测齿间容腔内达到的最大和最小压力，有助于防止气蚀以及减少泵噪声的研究；同时，在给定系统条件时，能够对泵的输出特性进行模拟预测。为外部齿轮泵的设计和开发提供工具，具有一定的工程领域应用价值。
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  变深下环境适应性液压源的性能研究

  曹学鹏, 王凯丽, 曹皓清, 曾致豪, 卫昌辰

  液压与气动. 2018, 0(11): 18-23. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.004

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  因变量泵具有良好的节能和高精度控制特性，成为深海探测中重要的液压动力源。现有深海液压源多借助高压模拟舱内反复试验来定型，存在耗时多、研制成本高等问题。提出一种深水环境适应性变量泵，采用环境自适应性检测方法和控制原理以满足深海工况要求。基于变深环境和油液介质模型，分析了该泵的控制特性及稳定性。结果表明，泵的相对出油压力和输出流量与各自的输入控制信号成比例关系，并不受水深环境的影响，同时指出控制系统的幅值裕度和相位裕度随水深增加而增加，且浅深下0~1000 m更为显著。高压模拟舱下的测试结果与前述理论分析结果相吻合。
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  基于可行域贡献量的多点力值减振器优化设计

  税永波, 马逸飞, 丁渭平

  液压与气动. 2018, 0(11): 24-28. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.005

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  为规避传统优化设计流程中灵敏度分析未考虑影响因素的实际取值区间而造成的风险，提出了基于可行域贡献量的影响程度的排序方法。该方法将设计参数的工程取值范围与灵敏度分析有机结合，同时考虑其他边界条件，对多点力值减振器的设计因素的影响程度进行了定量计算，完成了优化变量的选择和多点力值的多目标优化设计，且开发了相应的优化设计软件。优化样件台架试验结果表明：设计结果与目标值差异较小，进一步验证了所提方法及优化思路的有效性。
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  全液压塔机回转系统能量再生与应用研究

  费烨, 孙成涛, 李鹏程

  液压与气动. 2018, 0(11): 29-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.006

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  全液压塔机通常带载回转，转动惯性大。回转制动时，转台惯性动能会导致系统油路压力冲击，最终以热能形式散失造成能量浪费并使油温升高，致使系统性能下降。利用蓄能器和泵/马达二次元件给出一种塔机回转制动能量回收及再利用系统，回转制动的惯性能量回收后用于塔机散热系统的辅助动力，以避免回收能量对系统主回路运行产生影响。仿真结果表明，与原回转液压系统相比，该系统回转制动过程更加平稳，能够保证制动精度，回收的制动惯性能量用于塔机散热系统辅助可节能17.48%。
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  同侧耦连油气悬架车辆平顺性分析

  王旭, 高钦和, 李锋, 刘志浩

  液压与气动. 2018, 0(11): 34-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.007

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  针对同侧耦连油气悬架对多轴车辆行驶平顺性的影响，建立同侧耦连油气悬架液压系统模型和整车与油气悬架耦合动力学模型。开展油气悬架台架试验，验证了油气悬架模型的正确性。安装同侧耦连油气悬架和独立悬架车辆在随机路面输入下进行了行驶平顺性仿真分析，并对同侧耦连油气悬架车辆平顺性进行参数化分析。结果表明，随机路面输入下，同侧耦连油气悬架各油缸刚度特性一致，因此车身俯仰角较独立悬架较小，且能够平衡各轴轮胎动载荷；随着车速的增加，车身质心加权加速度和轮胎动载荷均呈增加趋势，但车身质心加权加速度在车速为50~60 km/h过程中稍有下降，在车速为60~80 km/h过程中基本保持不变；蓄能器静平衡初始体积减小，刚度增大，车身质心加权加速度随蓄能器静平衡初始体积减小呈增大趋势，但在车速为60~80 km/h过程中不同初始体积对加速度影响不同，蓄能器静平衡初始体积变化对轮胎动载荷影响不明显。
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  阀杆倾角对角座阀流量特性影响的数值研究

  王洋定, 郑智剑, 钱咪, 贺梁

  液压与气动. 2018, 0(11): 43-48. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.008

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  采用计算流体动力学方法研究阀杆倾角对角座阀流量特性的影响。分别采用数值模拟和实验测试，获得了在不同阀门进出口压差条件下，阀杆倾角为45°，55°和60°时阀内介质体积流量，对比验证了数值计算的准确性。在此基础上，对不同阀杆倾角条件下阀内的流场和阀门的通流能力进行分析。结果表明阀内的最高流速及速度场分布对阀门的通流能力具有重要影响：当阀杆倾角为45°时，阀内介质的流速最高，流量系数最大，流阻系数最小；阀杆倾角处于45°～60°范围时，随着角度的增加，角座阀的流量系数随之降低，流阻系数相应增加。对于该流道结构的角座阀，阀杆倾角推荐采用45°～50°的设计范围。
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  液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

  王其良, 崔红伟, 廉自生, 李 隆, 刘强

  液压与气动. 2018, 0(11): 49-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.009

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  以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象，考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力，基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程，利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s，额定输出转速45 r/min，启动过程遵循S形曲线变化时，油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小，并趋于恒定值；油膜压力随时间先增大后减小，且沿径向的分布与启动时间密切相关；摩擦副间压力按照S形曲线增大；负载越大，启动时油膜越薄，摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件，同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。
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  基于AMESim的负载敏感液压系统防冲击特性的研究

  汪小芳, 张军, 迪茹侠

  液压与气动. 2018, 0(11): 55-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.010

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  针对负载敏感系统主阀瞬时启闭出现的液压冲击问题，提出在泵出口处使用防冲击阀来削减系统冲击的方法。采用AMESim建立了负载敏感液压系统防冲击的仿真模型，分析了在不同系统压力、流量、管道长度和主阀关闭时对系统的冲击影响。结果表明：系统冲击与负载压力无关，与主阀关闭时间、流量和管道长度有关。主阀关闭时间大于900 ms系统压力冲击基本消失；系统冲击压力随着流量的增加而不断升高，采用防冲击阀可有效削减系统冲击。
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  水压马达非光滑表面配流副承载特性的数值模拟

  高殿荣, 马浩, 刘竟成, 孙亚楠

  液压与气动. 2018, 0(11): 61-69. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.011

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  为提高低速大扭矩水压马达配流副的承载能力，进而降低摩擦减少磨损，延长其使用寿命，构思了具有6种不同凹坑形状的非光滑表面配流盘。运用数值模拟的方法，对非光滑表面配流盘与马达转子端面组成的配流副间的液膜压力分布和承载能力进行了数值计算，分析了非光滑表面凹坑深度、形状以及转子转速对承载力的影响。结果表明：具有相同凹坑深度的非光滑表面配流副间液膜承载力随转子转速的增加而增大；相同转速下，圆形锥坑、方形锥坑、圆形半球坑所组成的非光滑表面，其承载力随凹坑深度的增加近似呈线性减小，但减小的缓慢，其中圆形锥坑的非光滑表面配流副承载力对凹坑深度的变化最不敏感，且承载力较高；相同转速下，圆形柱坑、方形柱坑、三角形柱坑所组成的非光滑表面配流副液膜承载力随凹坑深度的增加近似呈双曲线规律减小，且承载力在凹坑深度不小于0.5 mm后基本相同，但比圆形锥坑、方形锥坑、圆形半球坑所组成的非光滑表面承载力小很多。该研究工作对于低速大扭矩海水液压马达非光滑表面配流副的设计及工程应用具有借鉴意义。
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  空间站燃料电池系统中某液路切换阀密封失效问题分析及改进

  李鹏, 刘建峰, 李磊磊, 任华兴, 杨东升, 李媛媛

  液压与气动. 2018, 0(11): 70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.012

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  针对某液路切换阀出现密封性失效的故障现象，进行故障定位和机理分析，提出改进措施并进行试验验证。分析认为，该故障发生的主要原因为密封圈的压缩率较大，在反复的充压过孔摩擦中，造成端面密封面产生黏着磨损，最终导致密封圈损坏。通过分析液路切换阀的结构和工作原理，找出磨损的主要因素，采用严格控制切换阀阀芯的长度及增加调整环节来严格控制密封圈的压缩率，解决了液路切换阀因往复充压过孔摩擦导致的密封失效问题，并通过了试验验证。
综合应用
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  基于液压变压器的《液压传动》课程研究型教学模式的探讨

  刘成强, 姜继海

  液压与气动. 2018, 0(11): 76-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.013

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  液压传动课程是一门理论性和实践性很强的专业课程，为提高教学质量，培养学生对知识的综合应用能力和创新探索的能力，以液压变压器为例对液压传动课程研究型教学模式进行了探讨。通过液压变压器的研究型教学可以促使学生主动学习，灵活运用液压基础知识进行探索创新，培养学生的钻研精神和研究思维，提升液压传动课程的教学效果，提高学生的科学素养。
工程技术
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  蓄能器式电动液压助力转向系统的故障树分析

  周瑞, 陶军

  液压与气动. 2018, 0(11): 82-88. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.014

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  针对故障树分析（FTA）中建树过程的痛点，从建立系统模型和连接关系及复杂结构数据库的角度，提出以Simulink建模的方式，设计GUI通过拖拽形成系统可靠性模型，计算机在人为指定顶事件后根据系统模型及连接关系自动生成故障树。根据建立的可靠性模型采用蒙特卡罗法仿真分析，开展台架试验验证模型和建树结果的正确性的实验。提高了故障树分析的效率，为发现系统可靠性设计的缺陷、系统设计改变对可靠性的影响提供了依据。
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  半开式复合叶轮离心泵不同叶顶间隙的水力特性分析

  晁文雄, 王均儒, 何彬, 王淑红, 李鹏飞

  液压与气动. 2018, 0(11): 89-93. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.015

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   针对服务于航天低温循环系统的半开式复合叶轮离心泵效能利用率低的问题，研讨了其内流场在3种不同叶顶间隙下的工作情况。应用ANSYSY-Fluent软件对3种不同叶顶间隙的流场进行三维定常全流场数值模拟，得出3种叶顶间隙对离心泵内流特性的影响规律。通过对实物泵的水力特性试验以及试验结果与数值模拟结果对比分析，得出叶顶间隙是半开式离心泵存在能量损耗原因之一，减小叶顶间隙有利于提高效能利用率，并确认了试验数值模拟的可靠性。
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  电子设备液冷保障设施设计

  张二岩, 高飞, 赵煜, 宋磊

  液压与气动. 2018, 0(11): 94-98. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.016

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  飞机液冷保障设备根据每种机型所需冷却功率的不同单独配置，多种机型则需要多套冷却保障设备。研究设计一种多机型通用冷却保障设备，满足规定的多种机型内部电子设备的冷却需求。此通用液冷设备采用变频调速控制流量的液压系统，采用旁路冷却方式进行系统，改变了原有的冷却方式以满足通用化要求。此设备与传统单机型配套设备相比，具有占地空间小、设备成本低，便于设备管理和维修等特点。
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  气动软体爬行机器人驱动方式的分析与实验

  隋立明, 刘亭羽, 席作岩

  液压与气动. 2018, 0(11): 99-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.017

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  为研究基于蠕动原理的仿生爬行机器人运动，以气动弯曲驱动器和伸长驱动器为机器人主体，设计了一种软体爬行机器人。针对爬行机器人在平面及管道中的运动，根据爬行机器人的力学特性和运动过程中摩擦力与驱动力之间的关系，分析了爬行机器人实现爬行运动的条件，提出了爬行机器人驱动方式。通过实验，验证了所提出的驱动方式能够实现软体爬行机器人的移动，为今后软体爬行机器人的研究及应用提供了基础。
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  多功能航空液压油箱研究与试验

  张垚, 温育明, 王山

  液压与气动. 2018, 0(11): 104-107. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.018

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  针对传统航空液压油箱功能单一、维护不便的问题，提出一种新型多功能航空液压油箱方案，详细论述了其系统组成及工作原理。为验证其功能和性能，进行了增压压力测试、油液加热试验和油位检测试验。试验结果显示多功能航空液压油箱所提供的增压压力大小合适，且具有良好的油液加热性能和极高的油位检测精度，功能多样，性能优良，可用于飞机和其他相似场所的液压系统。
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  外骨骼负重重心自适应凸轮连杆机构设计与性能研究

  赵英朋, 邓斌

  液压与气动. 2018, 0(11): 108-112. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.019

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  针对负重型下肢外骨骼机器人存在的问题，提出了一种新的下肢外骨骼机器人重心自适应凸轮连杆机构。具体位置在外骨骼机器人髋关节与靠背板之间，新机构可以满足人体躯干与负重作相反转动，使人体上肢躯干重心前移，抵消负重带来的反向力矩，躯干前倾可增强人体负重行走稳定性。首先分析了新机构工作原理，其次通过重心变化和载荷分配分析验证了新机构有效性，最后对机构仿真验证得出不同负重对应不同躯干的前倾角度，达到重心驱动的效果。MATLAB仿真结果表明：新结构能够满足人体随不同负重而调整对应前倾角度。
综合应用
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  动态对流换热条件下液压盘式制动器传热性能预测

  张玲芬

  液压与气动. 2018, 0(11): 113-118. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.020

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  液压盘式制动是目前汽车上应用最多的制动类型，制动盘的传热性能对制动可靠性有重要的影响。充分考虑动态对流换热条件，根据边界层理论推导出沿径向变化的表面换热系数，基于有限元法对盘式制动器的传热特性进行了计算，得出制动盘的三维瞬态温度场和摩擦半径内节点温度的变化规律。通过台架试验验证可知，考虑风动因素能够使边界条件更符合真实情况，该传热性能预测方法具有较高的计算精度。
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  滚动转子式压缩机气缸的降高减隙设计及变形测试

  孙军, 张执, 张一, 朱宏

  液压与气动. 2018, 0(11): 119-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.11.021

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  为提高滚动转子式压缩机效率，减少制冷设备的能源消耗。依据压缩机理论分析及流动建模，确定采用降低压缩机气缸高度的方式减小滚套径向间隙，进而减少泵体内冷媒气体泄漏，达到提升效率的目的。同时分析由此会带来的影响，并通过仿真建模及形变试验加以验证。因叶片槽为气缸内部的非对称结构，降低气缸高度会明显影响气缸叶片槽形变，为此需要依据仿真及试验结果，及时调整泵体间隙设计，避免因摩擦增大造成压缩机功率增加，甚至压缩机泵体锁死。