2019年, 第0卷, 第02期　刊出日期：2019-02-15

  

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  主动先导级控制的电液比例流量阀建模与仿真

  孟宏君, 秦强

  液压与气动. 2019, 0(02): 1-6. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.001

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  高精度电液比例流量阀是很多重大机械装备中电液控制系统的核心部件，但采用压差补偿器或流量传感器控制流量，会降低阀的通流能力，增加系统功率损失和发热。因此，提出利用电机驱动液压泵作为先导级，连接Valvistor主阀，构造新的高精度电液比例流量阀，使主阀流量与先导流量成正比，其无论压差大小、正负皆可输出稳定的先导流量，达到提高流量阀的低压可控性和动态响应特性的目的。建立了新电液比例流量阀的数学模型，并建立其AMESim模型，对该阀的静动态特性的影响进行计算仿真分析，为进一步优化新电液比例流量阀结构提供依据。
理论研究
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  基于子空间辨识的阀控液压缸泄漏诊断方法

  郭隽侠, 陶建峰, 李琳, 刘成良

  液压与气动. 2019, 0(02): 7-12. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.002

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  为提高阀控液压缸泄漏检测的准确性和效率，提出一种基于子空间辨识的液压缸泄漏诊断方法。选取液压缸活塞杆外力负载作为输入信号，两腔压力、活塞杆位移与速度作为状态变量，建立系统状态空间模型；应用子空间辨识运算得到系统矩阵相关元素的估计值，并由此判断泄漏故障的存在、类型与严重程度。基于MATLAB-Simulink仿真模型对该诊断方法进行了数值仿真验证，结果表明该方法有效且具有较高的准确性。
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  低速域水下遥控机器人水动力试验系统设计

  陈英龙, 宋男, 张增猛, 侯交义, 弓永军

  液压与气动. 2019, 0(02): 13-17. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.003

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  为测量低速域水下遥控机器人水动力系数，设计了一套水下遥控机器人水动力试验系统。通过水动力仿真模拟获得水下遥控机器人模型合适的壁面距离，以及以最大设计速度与角速度运动时受到的水动力与水动力矩。根据仿真结果确定负载需求，设计了包括由卷扬机和直线导轨驱动的拖曳试验台以及由伺服电机与旋转减速器驱动的旋转试验台的试验系统。
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  基于递归定量分析的液压泵故障识别方法

  姜万录, 李振宝, 张生, 雷亚飞, 王浩楠

  液压与气动. 2019, 0(02): 18-23. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.004

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  提出了一种局部投影消噪和递归定量分析相结合的轴向柱塞泵故障识别方法。以轴向柱塞泵故障振动信号为研究对象，首先用局部投影消噪方法对振动信号进行消噪；其次对消噪后的振动信号绘制递归图，进而通过递归定量分析对递归图所反映出的系统动力学信息进行特征提取，选择确定率（DET）和递归熵(ENTR)2个特征构成特征向量，构成故障特征样本；然后通过核模糊C均值聚类(KFCMC)方法对训练样本进行聚类,进而依据最小欧氏距离准则对测试样本进行故障识别；最后，将递归定量分析方法和相空间复杂网络定量特征方法进行对比。结果表明，基于递归定量分析的轴向柱塞泵故障识别方法具有更高的故障确诊率。
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  基于优化函数的PID参数整定技术在液压振动台上的应用

  谢海波, 杜泽锋, 卢俊廷, 张泰龙, 杨华勇

  液压与气动. 2019, 0(02): 24-30. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.005

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  离心振动台是抗震研究领域最重要的实验设备之一，其输出波形相对样本波形的复原精度一直是振动台研究领域的重要研究方向。提高液压伺服系统控制精度常用的方法是采用PID控制技术，但通常PID的参数调整较为困难，效率较低。以高频液压伺服振动台为例，介绍建立在系统数学模型基础上的，基于优化函数的PID快速整定技术的应用。
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  气体动载荷下压电振子能量转化特性实验研究

  王英廷, 程廷海, 包钢

  液压与气动. 2019, 0(02): 31-35. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.006

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  针对当前利用化学电池为传感器供能具有的使用时间短及污染环境等问题，提出了一种可应用于气动系统中气体动载荷环境的能量转化与收集装置。利用压电材料的正压电效应对压电振子发电机理进行分析，分析结果表明，在气体动载荷激励下输出电能与压力变化量呈正比。仿真分析了压电振子所在容腔的内部流场变化，并分析了腔内压力及压力变化量随时间的变化规律。结合理论研究与仿真分析设计并制作了一种压电振子能量转化实验样机，搭建了实验测试系统。以动态气体载荷为激励源对不同流量、周期及负载条件的改变进行了实验测试。实验结果表明随着距离的增加，压电振子的输出电压逐渐下降；随着流量的增加峰值电压增加，当周期为1.2 s、流量为200 L/min、压力为0.3 MPa时最大的输出电压为79.60 V。
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  力干扰下的电液位置系统自适应鲁棒控制

  李旭, 芮光超, 殷士才, 汤裕, 沈刚

  液压与气动. 2019, 0(02): 36-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.007

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  在建立整个电液位置伺服系统的非线性方程中，由于未考虑到外界的未知干扰和建模过程中参数的变化，即液压缸黏性阻尼系数、液压缸总泄漏系数、液压油弹性体积模量会随外负载、工作温度等不同条件发生变化，模型的准确性会受到影响。通过自适应的方法让相应的参数实时变化，提高整个系统的稳定性。通过干扰观测器补偿外界的未知状况，从而提高整个系统的鲁棒性。通过对设计的控制器进行试验，实现对干扰的抑制。试验结果显示，该控制器对电液位置伺服系统的鲁棒性有明显的提高。
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  静液驱动插装式安全阀压力特性分析及试验研究

  罗艳蕾, 康宇, 罗瑜, 肖玉

  液压与气动. 2019, 0(02): 43-48. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.008

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  以一种静液驱动插装式高压安全阀为研究对象，根据静液驱动系统及安全阀的工作原理，运用AMESim仿真软件建立静液驱动插装式高压安全阀仿真模型。通过对高压安全阀阻尼孔、弹簧预紧力、阀芯锥角结构进行参数设置并批量仿真，对比分析得到了不同结构参数对高压安全阀压力特性的影响。设计了试验回路，通过搭建压力性能试验平台，测量得到试验曲线，与仿真结果进行对比，验证了仿真结果的准确性。为插装式高压安全阀的结构优化和选型提供指导性建议。
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  液黏传动可控启动过程混合摩擦转矩特性研究

  刘强, 崔红伟, 廉自生, 王其良, 李隆

  液压与气动. 2019, 0(02): 49-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.009

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  为了研究矿用重型刮板输送机可控启动装置中液黏传动可控启动过程混合摩擦阶段的转矩特性，基于雷诺方程建立了油膜承载力和剪切转矩数学模型，并根据G-W模型建立了微凸峰接触转矩模型，最终以刮板输送机实现S形曲线，得到了可控启动过程中摩擦副的承载特性和转矩特性。结果表明，可控启动过程中，摩擦副间油膜厚度按反S曲线随时间增大而减小；摩擦副的承载力和转矩不断增大，其中微凸峰为总承载力和转矩的主要承担部分，并且不断增大，而油膜承载力和转矩则只占据小部分并不断减小。研究结果为可控启动装置可控启动过程转矩特性预测和控制部分设计提供了理论依据。
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  气动并联机器人的结构设计及控制

  王涛, 朱爱东, 陈金兵, 孙中杰

  液压与气动. 2019, 0(02): 55-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.010

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  在电子、轻工、食品和医药等行业中，通常需要以很高的速度完成诸如插装、封装、包装、分拣等操作，传统生产中这类工作由人工完成，劳动强度大，生产效率低，使用高速运动的机器人进行生产可以极大地提高生产效率。三自由度气动并联机器人以气缸、比例阀、拉绳式位移传感器、比例阀和球铰来构建机械结构，以单片机STM32F373VCT6作为控制芯片设计控制电路，以压缩空气作为能源。根据三自由度气动并联机器人的机械结构及运动特征，得到结构末端的运动学正解和逆解。根据机械结构的约束得到机械手的工作空间，并以二自由度机械臂为例验证了协调控制算法，实验结果证实了该算法的有效性。
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  削片机进给机构随动系统仿真分析

  张绍群, 王海涛

  液压与气动. 2019, 0(02): 61-67. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.011

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  为提高削片机的工作效率，保证作业的安全性，解决随动系统跟踪过程中响应慢、稳定性不足等问题。以削片机进给机构液压随动系统为研究对象，基于工作原理进一步分析系统中双喷嘴挡板二级电液伺服阀和四通阀控非对称液压缸2个主要部件的结构特性，并建立相应的数学模型。根据系统原理框图,推导随动系统的开环传递函数，采用MATLAB仿真软件搭建系统Simulink仿真框图，通过PID控制器校正系统，对比分析校正前后的仿真结果。结果表明，系统截止频率由86.3 rad/s降为25.8 rad/s，响应时间由0.679 s缩短至0.302 s，幅值裕度提高至为6.09 dB，校正后系统稳定性增强。
工程技术
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  基于伺服电机驱动泵控缸技术的挖掘机性能研究

  张树忠, 黄豪杰, 晏岱

  液压与气动. 2019, 0(02): 68-72. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.012

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  为了降低工程机械动力系统的能耗、噪声和废油处理对环境的影响，以某型号液压挖掘机为研究对象，采用无节流损失的伺服电机驱动定量泵的直驱液压技术替代传统的发动机-变量泵-多路阀-执行元件的阀控技术；建立工作装置动力学、泵控缸液压系统、伺服电机、控制系统多学科领域的系统模型，通过典型挖掘循环下的仿真分析研究其系统跟踪性能、能耗和系统效率。研究成果对工程机械的新能源化(纯电驱动或混合动力化)具有理论和实际意义。
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  考虑毛细流动效应的微型柱塞泵自吸性能研究

  许多祥, 刘银水, 牛壮, 邓亦攀, 冀宏

  液压与气动. 2019, 0(02): 73-76. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.013

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  微型柱塞泵是微型液压驱动系统的核心部分。由于微型柱塞泵进出管和配流阀流道小，使得在研究微型柱塞泵自吸性能时，除了流体重力、惯性力和黏性力外，还要考虑毛细流动效应对微型柱塞泵自吸性能的影响。在对比了流体黏度、管径和浸润角等因素后，对微型柱塞泵自吸过程进行了理论分析。结果表明，微型柱塞泵自吸性能受流体重力、惯性力、黏性力和毛细流动效应共同作用影响，并且在不同管径、流体黏度和浸润角下，各种力的影响程度不同。
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  径向双球头柱塞泵广义心形型线的特性分析

  武艺, 张如华, 柯尊荣, 辛剑波

  液压与气动. 2019, 0(02): 77-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.014

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  观察心形线，对其幅值和波动进行相应的扩展，可得到广义心形型线，该封闭曲线简单连续且高次可导。将其应用到径向双球头柱塞泵中，得到一种新的径向双球头内作用曲线柱塞泵，并提出一种新的计算方法进行MATLAB仿真运算，求得对应的球头导轨曲线。并对此应用广义心形型线的径向双球头柱塞泵的输出特性进行分析，推导其流量公式、流量脉动公式，并探究柱塞个数、作用次数、长短轴比例系数对其流量脉动率的影响，为以后设计和开发新型的广义心形型线的径向双球头柱塞泵提供了理论依据。
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  气压式后坐模拟实验系统设计研究

  梁兴旺, 李强, 徐新奇

  液压与气动. 2019, 0(02): 82-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.015

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  为了研究反后坐装置的设计可靠性，通过分析反后坐装置工作原理以及火炮后坐过程，设计了一种气压式后坐模拟实验系统。该装置通过气缸活塞两侧压强差来推动活塞杆，进而推动反后坐装置模拟后坐运动。通过分析模拟后坐过程中的气缸两侧压力变化过程，推导出气缸充气压力计算公式，并以某反后坐装置为原型进行了模拟试验。试验结果表明，后坐模拟实验系统基本能满足要求。该系统可以应用于反后坐装置、缓冲器、悬架等缓冲装置的试验与辅助设计。
综合应用
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  基于AMESim的液压支架手动先导操纵阀液压系统分析

  王晓, 王庆文, 徐瑞银

  液压与气动. 2019, 0(02): 87-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.016

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  在综采设备中，针对手动液压阀难操作、易泄漏现象，设计了一种液压支架手动先导操纵阀，并对液压系统运行工况进行了特性分析。采用AMESim软件建立了液压系统模型，得到了先导操纵阀的反向进油口压力图、阀芯位移矢量曲线、阀芯流量曲线和反向回油口流量曲线，仿真模拟结果与实验数据相吻合。结果表明，先导操纵阀液压系统满足设计需求，能够安全可靠地运行工作。
理论研究
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  双作用气动软体驱动器的设计与分析

  隋立明, 刘亭羽, 王隐

  液压与气动. 2019, 0(02): 92-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.017

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  为模仿环节动物的纵肌与环肌功能，实现驱动器径向运动和轴向运动的拮抗作用，设计了一种双腔体双作用的气动软体驱动器。该软体驱动器由可实现轴向伸长运动的内腔轴向驱动器和可实现径向膨胀变形的外腔径向驱动器组成。为提高性能，软体驱动器外部结构采用了折叠方式，并通过有限元仿真分析了不同折叠参数对性能的影响。经实验测试，在0.03 MPa的通气压力下，六折叠结构软体驱动器最大轴向伸长率可达到24.2%，实现了对环节动物纵肌与环肌功能的模仿。
综合应用
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  A字架液压系统的设计与应用

  丁业升

  液压与气动. 2019, 0(02): 98-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.018

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  为满足大型石油海船深水区大吨位货物吊装运输作业的需求,设计了一种利用双油缸控制变幅的门架型式A字架液压系统。分析了A字架在吊装的过程中，控制油缸变幅工况特性以及吊装最大吨位250 t的过程中油缸受力情况；阐述了油缸变幅液压控制策略，介绍了A字架液压控制原理和设计要点，并设计出A字架液压系统，说明了其液压系统控制原理和主要参数设置。该设备安装于某石油海船上，通过现场使用，其A字架液压系统工作安全、稳定、系统可靠性好，具有重要的推广应用和理论研究价值。
工程技术
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  防爆柴油机油腔喷射特性试验研究

  张冬梅

  液压与气动. 2019, 0(02): 104-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.019

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  防爆柴油机在高瓦斯、低通风效率的工作环境下具有较强的适应能力，是工业生产中重要的内燃机设备。根据喷油动量方程建立油腔喷射模型，引入喷油效率参数，通过试验方法得出不同喷嘴孔与进油口间距下的捕捉率。试验中设定油压范围0.25~0.45 MPa，喷油温度范围60~90 ℃，采用单因素试验法得出临界孔口间距随温度、压力的变化规律。试验结果表明，随着喷油压力或喷油温度的增大，油喷扩散角增大，临界孔口间距减小，油束发散性更为显著，为防爆柴油机的结构优化设计提供了重要依据。
理论研究
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  电液伺服系统RBF神经网络滑模控制

  李文顶, 施光林

  液压与气动. 2019, 0(02): 109-114. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.020

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  针对阀控液压缸位置伺服系统非线性导致模型参数确定困难及干扰问题，在分析三阶位置控制的电液控制系统原理及模型的基础上，引入神经网络的RBF 径向基控制模型和自适应滑模算法，同时考虑了非1负反馈参数，建立了基于RBF 神经网络滑模控制的电液伺服控制系统数学模型。通过选取合适的Lyapunov 函数，分析了系统稳定性，解决了参数未定及挠动情况下的电液伺服系统控制器设计问题。仿真结果证明，所设计的控制器使系统的输出对给定信号的跟踪精度高，响应快，具有较强的鲁棒性。
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  基于气动功率的气缸能量分配与节能研究

  黄凡, 李刚炎, 杨凡, 杨锐

  液压与气动. 2019, 0(02): 115-122. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.021

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  通过建立气缸工作过程的解析模型，引入有效能、气动功率的概念，应用MATLAB/Simulink软件仿真，分别计算了气缸工作过程中的能量分配和能量损失，并对影响气缸能量损失的主要因素进行了分析。最后，以SMC某型节能阀为对象，通过对比不同回程压力下的节能效果，验证了提出的气缸工作能量分配与能量损失理论模型，对气缸的节能研究具有重要指导意义。
综合应用
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  颗粒物塑形负压吸盘的设计与研究

  陈幸, 郭钟华, 李小宁, 孙中圣, 滕燕

  液压与气动. 2019, 0(02): 123-126. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.022

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   在气压传动系统中，负压吸盘是实用有效的真空元件。大多数负压吸盘针对平面形接触面而设计，无法保证粗糙表面的气密性。为解决这一问题，提出一种基于颗粒物塑形原理的负压吸盘。该吸盘利用刚度可控的阻塞技术，将颗粒物填充于硅胶软膜内，并在软膜内部镶嵌类软骨结构。当吸盘与平面物体接触时，硅胶气囊充气膨胀并贴合物体表面三维轮廓。完全贴合后固化颗粒物并利用负压实现适形吸附式夹持，适用于多种材质和形状的表面。通过对光滑表面物体和粗糙表面物体的吸附测试，验证了吸盘的气密性和适形能力。负压塑形吸取技术方案可为气动真空元件的设计提供有益参考。
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  恒张力绞车响应性能分析和优化

  杨朋朋, 张冰蔚, 朱鹏程, 彭永健, 杨涛

  液压与气动. 2019, 0(02): 127-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.02.023

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  小艇收放装置作为一种应用于船舶上的特种起重设备，主要功能是在母船上降放和回收小艇。恒张力绞车作为小艇收放装置的主要部件，除了需要完成小艇的提升和下放动作外，同时还要保证小艇在接触海面状态时，保持钢丝绳的恒张力状态，还要保证小艇脱钩后吊环得到迅速提升，以避免吊环的摆荡碰伤艇员，进而实现小艇的安全释放。为了实现吊环的迅速提升，绞车在恒张力状态下的卷扬动作必须迅速。介绍了恒张力绞车在调试中遇到的绞车响应性能问题，并结合理论分析找到了产生问题的原因，确定了改进方案。在调整绞车的控制方式后再次进行了调试，得到了良好的效果。