2018年, 第0卷, 第12期　刊出日期：2018-12-15

  

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  基于气体激励的压电俘能技术及其在气动系统中的应用与展望

  包钢, 程廷海, 王英廷

  液压与气动. 2018, 0(12): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.001

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  气动技术正朝着智能化、无线化的方向发展，越来越多的智能传感器引入到气动系统来实现监测与反馈，因此实现传感器长期稳定的供能是当前气动系统亟待解决的关键问题之一。研究表明，利用压电材料可产生毫瓦级的电能输出，能量级数可以满足低功耗传感器的能耗需求，因此该技术有望作为一种新型的供电技术为电池续航，使低功耗传感器长时间稳定地工作。基于此，介绍了压电能量收集技术的起源，气体激励下的压电俘能器结构与研究现状，以及气动系统压力能转化为电能的相关工作。研究结果表明，压电材料可以将气体压力能直接转化为电能，其单片最大输出功率接近10 mW，通过对电能的整理与存储可使气动系统中磁性开关正常工作。该技术可增大电池的使用寿命，甚至将来或可成为气动系统低功耗传感器能量的主要来源。
理论研究
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  减压阀阀芯与孔板间距对节流性能的影响分析

  钱锦远, 侯聪伟, 金亮, 金志江, 查环

  液压与气动. 2018, 0(12): 11-14. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.002

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  使用高温高压蒸汽推动汽轮机可以实现能量的转化，而针对蒸汽的调控直接影响到能量的转化效率和系统的安全性。减压阀作为蒸汽辅助动力系统的核心部件，主要对高温高压蒸汽进行调控，使其压力和温度等参数被调节到特定范围。节流特性是减压阀的主要性能指标，以一种新型多级角式减压阀为研究对象，采用计算流体力学方法，考察了笼罩式阀芯和节流孔板的间距对节流特性的影响，具体分析了不同间距下流动特性、湍流耗散率、温度特性和压比特性等节流性能。研究结果为后续开展类似减压阀的节流优化设计提供参考。
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  阀-泵并联变模式液压调速系统设计与实验研究

  丁海港, 张鹤, 赵继云, 王振兴, 史继江, 蔺超文

  液压与气动. 2018, 0(12): 15-18. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.003

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   提出并设计了阀-泵并联变模式液压调速系统，其可以在不同的调速阶段，采用不同的控制模式，而且还可以调节泵控和阀控在联合调速中的权重比，以提高系统的综合调速性能。搭建了实验系统，进行了一个调速周期的实验研究。实验结果表明，在调速过程中，不同控制模式之间切换平滑，比例阀和变量泵的变化规律符合预期，阀-泵权重比设置合理，提高了调速系统的综合调速性能。阀-泵并联变模式控制，使阀控与泵控协调工作，提高了液压调速系统的灵活性和适应性，丰富了目前液压系统的调速方式。
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  新型低流量脉动径向球塞泵定子曲线研究

  周俊杰, 荆崇波, 徐晓宇

  液压与气动. 2018, 0(12): 19-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.004

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  流量脉动是影响径向球塞泵向高压高速方向发展的关键因素，针对径向球塞泵的定子曲线优化设计，是降低其流量脉动率的有效手段。基于等速曲线的特性，引入高次方过渡曲线和正弦过渡曲线设计理论，对单作用径向球塞泵定子曲线进行改进，提出曲线分段方程。对两种新型曲线影响泵流量脉动的效果进行对比评价，分析了曲线形式、过渡角度和球塞个数等主要影响因素。结果发现，采用正弦过渡曲线设计可较大幅度(20%)降低径向球塞泵的理论流量脉动率，可为低流量脉动的径向泵设计提供新思路。
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  民用飞机机身后体端板阻力特性研究

  叶露, 周泽友

  液压与气动. 2018, 0(12): 25-29. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.005

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  对于大型民用飞机，机身后体的阻力对全机阻力特性影响较大。为减小后体阻力，目前大多数民机在设计时重点研究后体参数（如上翘角、扁平度、长细比、收缩比等）对阻力特性的影响，但由于后体流场极为复杂，后体参数的设计并不能明显改善机身后体的气流分离现象。针对机身后体流场气流分离的特点，提出了一种在机身后体加装端板的方法，通过后体端板产生的旋涡达到改善机身后体气流分离的目的。结果表明：改进方法能有效地改善后体流场特性，优化机身后体气动性能。
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  馈能式磁流变半主动悬架协调控制研究

  寇发荣, 李立博, 魏冬冬, 郝帅帅

  液压与气动. 2018, 0(12): 30-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.006

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  为了优化车辆悬架的减振控制及振动能量回收，提出了一种基于协调控制的馈能式磁流变半主动悬架。建立了1/4车二自由度悬架力学模型、磁流变减振器数学模型和馈能模型，利用MATLAB/Simulink软件对馈能特性进行了仿真分析，并进行了参数敏感性分析。分析了减振器实现自供能的条件及结构参数的影响，设计并分析了多模式协调控制下的悬架动力学特性和馈能特性。结果表明，该减振器馈能结构参数对自供能影响较大；协调控制器能够有效协调悬架系统减振与馈能关系，降低能耗，阻尼力可控性好，能够衰减车辆振动，馈能特性效果良好，验证了该结构的可行性。
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  基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析

  王凯丽, 曹学鹏, 曹皓清, 付耀, 卫昌辰

  液压与气动. 2018, 0(12): 37-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.007

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  为预测深水环境下压力、温度及油膜分布等变参数对柱塞泵使用性能及工作寿命的影响规律，建立深水环境工况模型，基于雷诺(Reynolds)方程求解配流副稳态油膜控制方程，采用CFD方法仿真分析工作参数、水深环境参数等变化时油膜压力场、温度场变化规律。结果表明：当工作水深从海平面增加至7000 m时，排油腔高压油块A、上死点B及吸油腔低压油块C 3点处的轴向压力不断增大，油膜呈现楔形分布，而温度场分布在海平面至1000 m处温度急剧下降，之后降幅减小。随着水深的增加油膜受到的压力增大，温度减小，进而导致稳定性下降。指出变深环境对配流副油膜压力场、温度场影响显著，为深水环境下柱塞泵配流副的流场特性分析及性能优化打下基础。
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  偏导射流阀前置级流场特征参数的仿真计算

  任玉凯, 延皓, 王书铭, 张雨, 姚磊

  液压与气动. 2018, 0(12): 43-47. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.008

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  根据偏导射流阀前置级的结构以及内部油液的流动特性，将前置级射流过程分为两个阶段。采用标准k-e模型对前置级流场进行了两相流二维数值计算，对两次射流过程中油液的流动形态以及流场压力和速度分布特点展开研究。分析得出，初次射流为自由紊动射流，二次射流为冲击射流，并发现在偏转板处于中位时两接收腔外侧圆弧拐角低压区处出现空化现象。偏导射流阀实际工作过程中偏转板会发生偏移，因此，建立了不同偏移量下的仿真模型，分析了不同偏移量下流场信息的变化规律，获得了前置级流场的压力云图以及对应的速度矢量图。利用仿真结果中两接收腔压力值和V形槽两侧壁静态压力数据，分别计算出了前置级流场的压力增益和液动力的大小。为偏导射流阀基础特性的深入分析奠定了基础，并对该类阀设计的改进和优化具有理论指导意义。
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  电动静液压主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制

  寇发荣, 李冬, 许家楠, 孙凯

  液压与气动. 2018, 0(12): 48-53. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.009

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  提出一种内模-Smith时滞补偿控制方法进行电动静液压主动悬架的时滞控制。对电动静液压作动器(Electro-Hydrostatic Actuator，EHA)进行了响应特性试验，采用一维线性插值方法对试验数据进行了模型拟合，并得到了含纯时滞的作动器简化模型。针对作动器的惯性响应设计了内模控制器，利用一阶泰勒表达式转化成了PID控制器形式；将作动器的纯时滞视为理想主动力的时滞，设计了Smith时滞补偿控制器。搭建了EHA主动悬架的内模-Smith时滞补偿控制仿真模型，并进行了仿真分析。结果表明，内模-Smith时滞补偿控制能使作动器输出的主动力在时间上得到较好的控制，明显改善了主动悬架的动态性能。
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  基于物联网和区块链技术的油品净化方案研究

  孙洁, 蔡佳亮, 张立臣, 李然, 贾鹏, 李智

  液压与气动. 2018, 0(12): 54-59. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.010

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  润滑油与液压油是润滑和液压系统的血液，因此油品净化的重要性越来越显著。为了实现对油品净化设备的综合管控、全优润滑，其至佳方案的研究势在必行。将物联网与区块链技术相结合，以物联网的智能控制为依托，实现油品净化设备的自动控制；以区块链技术的共识机制和分布式数字存储模块为补充，解决物物相连的设备之间协作与安全问题。最终实现物联网的共识机制和分布式网络，对分散的各主体设备油站以及分散布置的油品净化设备的各数据参数进行实时测控、远程共享，从而实现润滑油与液压油的净化和全优润滑，降低设备损耗和故障率，提高设备寿命。
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  四足机器人的腿部拓扑结构研究及其动力学仿真

  常同立, 和建增, 郭志鹏

  液压与气动. 2018, 0(12): 60-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.011

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  对一种四足机器人的腿部机构设计方法进行探究。简析哺乳动物腿部关节分布，确立了四足机器人拓扑结构与自由度数目，用拉格朗日方程对其动力学简略推导，并建立虚拟样机。借助ADAMS动力学仿真软件，验证四足机器人虚拟样机在起立过程和对角步态的动力学规律。
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  管路体积模量对液压支架立柱缸动态特性的影响

  仉志强, 李永堂, 赵雄鹏, 任静茹, 赵红梅

  液压与气动. 2018, 0(12): 65-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.012

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  大采高液压支架的供液管路的工作压力为23~32.5 MPa，通流直径为38~60 mm，管路长度约1000~1500 m，管路体积模量使供液管路具有压力明显、流量响应滞后现象，导致液压支架系统速度、位移动态响应差。以液压支架大通径高压供液管路为试验对象，当压力为5~25 MPa时，管路体积模量值1300 MPa，依据公式得到胶管体积模量约为恒定值2700 MPa，与乳化液体积模量接近。建立了AMESim管路模型和液压支架系统模型。仿真结果表明，供液管路体积模量越小，立柱位移、速度和压力响应越慢；当管路体积模量为1300 MPa时，立柱位移、速度和压力响应时间分别为0.1 s， 0.2 s， 0.05 s，立柱缸响应滞后较明显。
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  HYUNDAI自动变速器电子泵特性分析

  赵亮, 胡丰宾

  液压与气动. 2018, 0(12): 69-74. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.013

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   以韩国HYUNDAI自动变速器启停电子泵的性能参数为研究对象，在不同输出压力的条件下，通过改变电子泵转速（电子泵常用转速区间）测量电子泵的输出流量及输入电流。分析了HYUNDAI自动变速器启停电子泵输出流量与转速、电流的关系；低温条件下电子泵输出流量与转速、电流的关系。并利用回归分析原理提出了电子泵各参数之间的关系式为自动变速器启停电子泵性能设计提供参考。
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  齿轮泵基于困油力的高困油性能优化设计

  李玉龙, 钟飞, 孙付春

  液压与气动. 2018, 0(12): 75-78. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.014

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  为从设计上充分缓解齿轮泵困油的冲击危害，以新建的困油流量乘以困油作用面积的困油力最小化为设计目标，构建基于困油性能的优化模型。实例的结果表明：泵常规的轻量化设计会带来较大的困油力；虽然常规的流量不均匀系数及径向力最小化设计，总体上都能提高困油性能，但困油力最小化能促使困油性能进一步提高；常规的困油流量最小化设计，会形成较大的齿顶作用面积，整体上反而弱化了困油性能，得出困油力为一种较好的评估困油危害的量化指标。
工程技术
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  四点调平系统刚柔耦合建模及机液联合仿真

  李一, 高亚东, 贺建华, 付曙光

  液压与气动. 2018, 0(12): 79-83. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.015

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  随着调平系统安全性和承载稳定性要求的提高，在提高调平精度的同时，提出了控制各支腿所受载荷不超过一定变化范围的要求。针对四点对称分布的调平系统，分析其数学模型，得出各支腿受力变化的影响因素，通过仿真结果和历史实验数据进行验证。首先利用Motion建立调平系统的三维动力学模型，然后在AMESim中建立液压控制系统模型，最后再对系统进行联合仿真并分析。结果表明，支腿受力大小与对角支腿高度和的差异以及负载偏心程度有关。采用的刚柔耦合模型的机液联合仿真方法,可为类似课题的研究提供借鉴作用。
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  某型装备液压系统便携式故障检测仪设计

  江平, 王海杰, 董雅丽, 刘危, 亓迎川

  液压与气动. 2018, 0(12): 84-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.016

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   为解决某型装备液压系统野外无法现场快速诊断故障、严重影响战备训练的问题，设计了该便携式故障检测仪，主要由液压油污染度、液压流量、液压控制器等检测单元和液压油在线循环过滤系统组成。以激光光阻法颗粒计数传感器为基础，研制了液压油污染度检测仪；针对污染度高的液压油采用离心分离技术，减少污染磨损，提高液压系统可靠性和寿命；采用超声波时差法检测技术，实现了对液压系统状态参数的非介入式检测。实验结果表明，该检测仪能够完成对液压系统的准确有效检测。
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  碳纤维陶瓷基复合材料用于密封摩擦副的温度场研究

  王金刚, 张安妮, 郭志鹏

  液压与气动. 2018, 0(12): 90-96. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.017

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  机械密封摩擦副材料的选择对密封的性能有很大的影响。碳纤维陶瓷基复合材料作为新兴复合材料，具有耐腐蚀性能优异、机械强度高、耐热性和热传导性能良好等特点，是机械密封副配对材料的很好选择。选用碳纤维陶瓷基复合材料作为机械密封摩擦副材料，用数值模拟方法得到其机械密封摩擦副间温度场的模拟值，并通过实验验证数值模拟的准确性。碳纤维陶瓷基复合材料应用于机械密封摩擦副时，密封在降低温升、减少泄漏及减少摩擦磨损方面改良效果明显。
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  液压系统密封及管接头油口选择的设计研究

  刘晓芳, 张唯, 刘佳林, 刘丽萍

  液压与气动. 2018, 0(12): 97-101. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.018

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  在工程机械主机液压系统中，液压管接头及连接油口的设计对整个液压系统的密封可靠性,尤其是整个主机的正常运转至关重要，如设计选用不当，会造成管路泄漏以及污染环境。基于管接头的选择主要是根据主机油口结构的设计要求，从液压密封装置的要求、密封件的主要基础材料、常用液压系统油口的类型、管接头及油口端选择进行了系统阐述，并总结出了液压系统中不同形式油口的密封结构以及连接管接头的选择原理。
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  冷气收放起落架系统的参数敏感性仿真

  刘可娜, 王山

  液压与气动. 2018, 0(12): 102-107. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.019

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   由于冷气收放起落架系统收放速度过快，收放过程容易对护板和支柱造成冲击，引起结构损伤。为解决这一问题，采取增设节流孔及反向充气的方法控制收放速度，并通过AMESim仿真平台设计和改进反向充气策略。仿真结果表明反向充气的方法可降低收放速度。参数敏感性仿真分析为后续验证试验提供收放控制方法和数据参考，可广泛应用于飞机冷气收放起落架系统设计中进行速度调节。
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  双喷嘴-挡板电液伺服阀抗污染能力研究

  杜方辉, 马善斌, 李兴勇, 沈红祥, 顾建军, 蒋苏苏

  液压与气动. 2018, 0(12): 108-114. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.020

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  简要介绍了喷嘴挡板伺服阀的结构组成和工作原理。针对双喷嘴挡板电液伺服阀在工作过程中抗污染能力偏低的特点，对其常见的失效机理进行分析，通过对大量故障伺服阀进行拆解和故障分析，并与抗污染能力较好的同类产品相对比，得到了喷嘴挡板伺服阀产生卡堵故障的主要原因。在上述分析的基础上，从结构设计、外部和内部多余物控制等方面进行优化设计和改进，并通过相关实验验证，得出有效提高喷嘴挡板阀抗污能力的具体对策，在试生产和装调测试过程中取得了良好收效。
综合应用
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  基于互联网的液压回路综合实验台设计

  赵孟文, 樊泽明, 王瑞峰

  液压与气动. 2018, 0(12): 115-120. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2018.12.021

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  设计了利用互联网及远程控制的液压回路实验系统，可实现现场及远程的可视化实验及教学。教师和学生用电脑或手机在学校的多媒体教室、宿舍等网络信号覆盖的地方，通过实验台的排队申请系统，实现远程和互联网模式下的远程教学实验。试验台可以通过手动及计算机伺服控制系统进行调节，可进行20多种液压基本回路的实验。