2019年, 第0卷, 第03期　刊出日期：2019-03-15

  

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  一种新型飞行大气数据实验系统的设计与实现

  董韶鹏, 连鹏勇, 袁梅, 王秋生

  液压与气动. 2019, 0(03): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.001

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  分析了原有的大气数据实验系统的不足，设计了基于ARM单片机和闭环压力控制的新型实验系统。给出了新型实验系统的组成方案，详细介绍了实验系统硬件设计和软件设计方法。新型实验系统具有体积小、集成度高、压力测量的准确度高、能够实现对压力的精密控制等优点。测试结果表明，新型实验系统有助于学生们更好地理解飞行大气参数计算原理，适合课程实际需要，具有航空航天特色。
理论研究
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  阀芯微造型动压承载力的交互试验分析

  王传礼, 周大伟, 何涛, 郝飞, 马丁, 杨林建

  液压与气动. 2019, 0(03): 8-13. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.002

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  以水压三用阀阀芯为研究对象，通过在阀芯表面加工微造型以改善其润滑和抗磨性能。采用CFD方法建立阀芯微造型的动压润滑模型，研究阀芯表面的压力分布和承载力特性，然后选择L27(35)交互试验表，开展动压承载力的交互试验分析，研究分析液膜厚度、微造型深度、半径、形貌、阀芯移动速度以及液膜厚度与微造型深度、半径之间的交互作用对阀芯承载力的影响，并确定最优模型。结果表明:在阀芯表面设置微造型能够在阀芯与阀套之间产生承载力，各因素中对液膜承载力的影响由强至弱依次是液膜厚度、阀芯移动速度、微造型半径、形貌以及深度，最终分析得到的最优模型A3B3C3D1E3，比方案中的最大承载力提高了14.5%。
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  结构变形对高速齿轮箱直通式迷宫密封性能的影响分析

  张雨, 张开林

  液压与气动. 2019, 0(03): 14-18. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.003

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   为了分析高速列车齿轮箱转子旋转造成的离心变形和热膨胀变形对迷宫密封性能的影响，建立齿轮箱直通式迷宫密封计算模型，在研究离心变形和热膨胀变形造成密封系统转子结构变形的基础上，基于Euler-Euler两相流模型，给出结构变形与泄漏量的关系曲线。研究结果表明：转子旋转离心变形和热膨胀变形减小了迷宫密封间隙，热膨胀变形高于转子旋转离心变形一个量级；工程应用中，低转速小半径转子结构可以忽略离心变形，但需要考虑转子的热膨胀变形。
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  超高压水射流盘式清洗装置工作效率试验研究

  王启博, 宁大勇, 侯交义, 张增猛, 靳凯, 弓永军

  液压与气动. 2019, 0(03): 19-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.004

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  利用高速水射流的冲击动能，可以实现钢制结构表面除漆除锈的目的。通过理论分析并计算出影响清洗效率的主要参数的最优值,采用试验分析方法验证喷嘴孔径、单喷嘴靶距、射流压力等清洗参数的优选结果。根据最优清洗参数，进行清洗盘行进速度与压力对清洗效果的影响的试验；研究清洗盘工作时喷嘴的运动，提出一种清洗盘喷嘴布置结构设计，以及一种新型清洗盘工作的运动方式。
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  ABS高速开关阀液压力影响因素研究

  姚静, 田月, 蒋东廷, 李冬明

  液压与气动. 2019, 0(03): 26-31. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.005

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  高频小流量高速开关阀用于汽车防抱死制动系统 (ABS)增压与减压的控制，在不同温度环境下，其可靠的动态特性是ABS正常工作的重要指标。高速开关阀阀芯高频运动过程中，主要受到电磁力、液压力等因素的影响。针对液压力，建立高速开关阀不同温度、阀口两端压差、阀口开度的有限元仿真模型，分析温度、阀口两端压差和阀口开度不同时，高速开关阀液压力的变化规律。仿真结果得知，在相同的阀口开度和压差下，液压力随温度的升高而减小；阀口开度越大，液压力受温度的影响越大；同一压差和温度下，液压力随阀口开度的增大而减小。通过探寻温度、阀口两端压差及阀口开度大小对高速开关阀液压力的影响，为准确研究高速开关阀动态特性提供理论依据，从而为提高汽车ABS响应特性奠定理论基础。
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  电液式大功率清洗装置的设计

  魏华, 任燕, 季献铖, 汤何胜

  液压与气动. 2019, 0(03): 32-37. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.006

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  对于污物重的大型、复杂零部件的清洗，已有的清洗方法难以实现大功率，为了解决这个问题，提出了电液式大功率清洗装置。其核心零件是2D四通转阀，通过控制2D四通转阀阀芯旋转可实现激振频率的控制，改变待清洗零件振动的快慢；控制阀芯轴向滑动可实现激振幅值的控制，改变待清洗零件振动的幅值。该装置采用2D四通转阀带动液压缸中的液压杆前后移动，从而带动清洗盒前后快速振动，剥离被清洗物表面的污垢，从而达到洗净目的，实现大功率清洗。通过数据采集系统实现对液压系统的控制、可视化实时数据采集、显示和保存。基于电液式大功率清洗的工作与控制原理搭建实验平台并做实验。结果表明：该电液式大功率清洗装置可达到下限频率为2669 Hz，实现大功率清洗。
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  一种新型的气动爬杆机器人

  李晨景, 施虎, 何彬, 陶劲羽, 汪已森

  液压与气动. 2019, 0(03): 38-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.007

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  随着人工智能技术的迅速发展，各类智能机器人的研究也越来越受到人们关注。面向实际生活和工业应用中存在大量爬杆作业的需求，在分析现有爬杆机器人在实际应用中所存在问题的基础上，设计了一款能够快速攀上固定高台的新型气动驱动机器人。该机器人利用双作用气缸为主要执行元件，通过设计六连杆机构对圆柱杆进行夹紧，通过气缸提升实现机器人的爬杆动作，然后通过摩擦轮带动机器人旋转上台进行工作。首先对机器人进行了结构设计和建模，再通过COMSOL软件分析主要零件的力学性能，并在AMESim软件中完成提升和夹紧机构的运动仿真。分析结果表明，该气动爬杆机器人能够满足快速爬杆的要求。
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  基于ITAE准则的大流量平衡阀关键参数优化研究

  谢海波, 陈晗奔, 刘建彬, 谭礼, 杨华勇

  液压与气动. 2019, 0(03): 43-48. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.008

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  在Simulink中建立大流量双反馈平衡阀的动态特性仿真模型，将误差积分准则ITAE作为综合性能指标，结合Simulink建模仿真和MATLAB的优化函数对平衡阀的动态性能反复交替进行仿真和优化，最终获得使负载控制阀动态性能最优的参数组合。该方法为液压阀综合动态性能提供了明确量化的优化目标，克服了传统试凑法寻优的缺点，对于液压阀类元件结构参数优化具有普遍的借鉴意义。
工程技术
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  基于改进双边滤波的气体泄漏检测

  赵苓, 郭召阳, 任仲超

  液压与气动. 2019, 0(03): 49-53. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.009

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  针对传统泄漏检测方法效率低、鲁棒性差的问题，提出了一种基于红外图像技术的气体泄漏检测方法。该方法根据被测容器充气前后的红外图像的信息差异，对获得的热像图进行背景估计、差分，以及目标与噪声的辨别，利用基于改进的双边滤波算法实现对泄漏点的检测与定位。实验证明：双边滤波算法对背景的预测具有鲁棒性，通过目标与噪声的扩散性区别分辨出目标，实现对泄漏点的准确定位。
理论研究
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  基于差分格式的气动制动系统管路研究

  方桂花, 高旭, 曾标, 胡贤东, 王鹤川

  液压与气动. 2019, 0(03): 54-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.010

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  通过采用一阶迎风差分格式、中心差分格式和二阶Lax-Wendroff格式对气动制动系统（PBS）中管路部分进行精度分析。根据气体连续方程、运动方程和能量守恒式，在时间和空间上划分差分网格建立管路动态模型。为了提高研究精度，在建立管路动态模型的过程中涉及了管路的热交换和可压缩性等因素，运用MATLAB软件对气体的双曲型偏微分方程进行数值计算，并且由虚拟管路小孔模型作为管路动态模型数值计算的边界条件。通过分析3种格式下管路中的状态变量与时间的关系，选择精度较高稳定性较强的差分格式，对车辆气动制动系统的管路部分的设计和研究具有指导意义。
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  车辆换挡缓冲阀在变工况下的压力特性研究

  施琪，张啟晖，张鹏飞，熊伟

  液压与气动. 2019, 0(03): 61-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.011

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  车辆换挡缓冲阀是提高车辆换挡品质的一个重要部件，它能有效地控制离合器内的油压，使其按照一定规律增长，从而快速且平稳地完成换挡操作。对一种换挡缓冲阀运用AMESim进行了建模，并在此基础上开展了在变工况下的仿真分析，进行了试验验证，分析了压力瞬时波动及流量瞬时波动对缓冲效果的影响。结果表明，此工况的瞬时变化都会使缓冲时间缩短且具有较小的冲击。
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  复合制动系统的电控制动阀设计与仿真研究

  邬松, 李刚炎, 杨凡, 刘子豪, 黄凡, 李苇白

  液压与气动. 2019, 0(03): 65-73. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.012

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  针对传统气压制动回路时延较长的问题，提出了一种改进的复合制动回路；对复合制动回路中关键元件——电控制动阀进行功能与性能需求分析，设计了一种基于高速开关电磁阀的电控制动阀，建立了其动态特性响应解析模型，用Simulink对其进行了性能仿真测试。结果显示，所提出的电控制动阀结构满足调压范围、压力响应时间、流量特性、压力特性与稳态误差、制动完全释放时间等性能指标。复合制动回路及电控制动阀的提出可减小制动过程中的压力响应时延，对实现差动制动，促进主动安全技术的发展具有重要意义。
工程技术
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  大型油气悬挂缸静、动态性能试验台设计

  刘澎, 王向周, 郑戍华, 鲁东原

  液压与气动. 2019, 0(03): 74-79. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.013

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  针对大型油气悬挂缸的静、动态性能试验，提出了一种由伺服电机驱动的定量液压泵/马达控制加载液压缸的节能型试验台设计方案，试验过程中能量的回收与存储采用超级电容。试验台可对被试悬挂缸施加多种激励，且液压主回路无节流。建立了加载系统的数学模型，并利用AMESim软件仿真了性能试验过程。研究结果表明：试验台的性能可以满足多种大型悬挂缸静、动态性能试验的需要，且能实现能量回收，相对于阀控系统能耗降低了约92%；超级电容储能方案避免了电机瞬时大功率运行对电网的冲击，大幅降低了配电系统的建设、改造成本。
理论研究
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  气动轻量型机械臂伺服控制系统和碰撞检测方法研究

  张雲枫, 韩建海, 李向攀, 郭冰菁

  液压与气动. 2019, 0(03): 80-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.014

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  针对服务型机器人对系统的柔性、安全性提出的高要求，开展了气压驱动轻量型机械臂的伺服控制系统和碰撞检测方法研究。设计制作了二自由度轻量型机械臂样机，建立了机械臂的运动学和动力学方程，对系统的摩擦力矩进行了辨识。采用PID与加速度反馈和摩擦力前馈补偿控制策略，解决了机械臂关节旋转过程中的低速爬行问题。研究了基于被动柔顺控制和动力学方程的碰撞检测方法，实现了机械臂的防碰撞功能，提高了系统的安全性。通过对实验样机的试验测试，验证了机械臂的位置伺服控制策略和碰撞检测方法的有效性。
工程技术
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  双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的仿真和实验研究

  肖体兵, 罗栋兵, 邹大鹏, 刘建群

  液压与气动. 2019, 0(03): 87-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.015

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  提出了一种基于双变量直驱泵控马达容积控制的绞车型升沉补偿系统。建立双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的模型试验台，介绍其测控系统的组成和控制器的设计。利用AMESim软件建立试验台的仿真模型。通过仿真和模拟试验研究，对双变量直驱容积控制绞车型升沉补偿系统的补偿效果进行分析。仿真和试验结果表明，该型补偿系统可以实现升沉补偿的功能。证明了该绞车型补偿系统的方案是可行的，但是补偿性能还有待进一步提高。
理论研究
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  一种用于月球样品转移的喷气装置

  孙亮, 纪明, 王春勇, 李得天, 付朝晖, 杨震春

  液压与气动. 2019, 0(03): 92-96. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.016

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  我国探月三期工程重要成果之一是采集月球样品并返回地球，由于我国尚无环月轨道样品转移操作的成功实践，可靠的转移技术是月球样品顺利转移的关键。基于这一目的，提出了一种喷气式月球样品转移装置。介绍了装置组成及工作方式，实现了基于连续射流理论的流场模型建立。根据该模型在ADINA软件进行了初步的气体流场仿真，并进行了地面验证试验。试验结果表明喷气装置能够顺利实现样品转移功能，可为我国月球样品转移提供一定参考。
工程技术
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  基于AMT气动伺服系统的高速开关阀设计与优化

  李范波, 叶骞, 谢文华

  液压与气动. 2019, 0(03): 97-105. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.017

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  目前AMT伺服系统大多采用液压或者电机驱动，与这两种方式相比，气动系统具有安全、环保、动作较快等优势。作为其核心控制元件，高速开关阀的性能决定了系统的整体性能。以阀的动作频率、线圈温升与声速流导为指标，设计了一种高速开关阀。首先通过计算确定了阀的主要尺寸及参数，然后仿真分析了阀的动静态电磁特性、阀芯位移响应曲线与阀的温度场，结果表明，阀的动作频率与线圈温升均满足设计要求；接着，对影响阀性能的参数进行了因素分析，根据分析结果进行了多目标参数优化，既降低了线圈功耗与温升，又满足了设计要求；最后通过实验验证了第一代阀基本满足设计要求。
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  基于DOE的整车气动优化减阻研究

  唐子淇, 田思

  液压与气动. 2019, 0(03): 106-112. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.018

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  以国内某款运动型多用途汽车（SUV）作为研究对象，应用DOE的方法，通过软件STAR-CCM+，采用Realizable k-ε湍流模型，对整车底部进行了减阻方案研究。采用试验优化设计的方法，运用极差分析法对仿真数据进行了分析，找到最佳减阻方案。研究表明，最佳减阻方案的整车阻力系数相对于原始模型有大幅降低，降幅达6.09%，前轮挡风板对整车阻力系数的影响最大，后轮挡风板对整车阻力系数的影响最小。通过对整车外流场的分析，阐明了减阻机理。
综合应用
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  斗轮式堆料机液压系统常见故障分析及液压系统改造

  符林芳, 代美泉, 郭婷

  液压与气动. 2019, 0(03): 113-119. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.019

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  斗轮式堆取料机是大型露天散料处理成套设备，在使用过程中常出现故障。对斗轮堆料机液压系统故障现象进行分析，提出了改进液压系统方案，优化后的回路不仅可以保证大臂在任意位置可靠停留，而且通过AMESim仿真实验，验证其在工作过程中，启动更灵敏，平稳性更高。经过油温验算，证明改造后的仰俯机构回路可以满足机器高温环境工作。同时对张紧机构液压系统进行优化，满足了皮带自动张紧及延长液压泵使用寿命等性能。
工程技术
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  高压调节阀结构改进与汽蚀仿真

  彭健, 何世权

  液压与气动. 2019, 0(03): 120-125. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.020

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  针对高压调节阀使用寿命偏低的问题，以串联型的多级降压结构为基础，提出一种优化的高压差调节阀结构。采用ANSYS Fluent对阀门内部的汽蚀现象进行仿真研究，得出静压、速度、气相体积分数等一系列数据，并讨论多级降压结构对阀门性能的影响。结果表明：阀门处于小开度下，容易产生汽蚀，汽蚀部位主要位于节流孔的阀芯与阀座处；相同工况下，优化后的调节阀能够有效抵抗气蚀，从而提高阀门的使用寿命。
综合应用
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  基于CFX的新型同步阀流场分析

  郑云, 姚平喜

  液压与气动. 2019, 0(03): 126-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.021

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  以一种新型同步阀为研究对象，应用 UG软件建立了三维几何模型，借助 ANSYS CFX 14.5流体分析软件，用标准紊流模型模拟了阀内部流场内流体的同步分流情况及流动状态，得到了阀内部的压力场、速度场等流体状态。对阀改进前模型的数值模拟结果表明分流精度很低，同步精度不存在理论性误差，原因是结构不合理，导致节流口面积不能补偿负载压差的影响。故对阀结构改进后，分流精度得到了较大程度的提高。所得阀内部流体的压力和速度的分布情况，为合理改变同步阀结构及节流口面积函数提供了参考依据。
工程技术
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  往复泵水头损失及空化现象的数值仿真优化

  马良丰, 冯进, 刘宇, 魏俊, 刘倩倩

  液压与气动. 2019, 0(03): 132-137. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.022

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  为减轻往复泵的水头损失及空化现象，以提高吸入性能，根据魏斯特法尔理论分析了泵阀运动特性，基于阀盘结构和活塞冲次等参量，提出了水头损失和空化量的优化模型。采用Fluent动网格技术进行动态数值模拟，分析了各参量对吸入过程水头损失和空化现象的影响及其发展过程，优选出了最佳阀盘结构参数和活塞冲次，可有效减小液缸内的水头损失，降低因阀盘开启滞后而产生的空化现象，改善泵的吸入性能和汽蚀现象。得出了往复泵吸入过程水头损失最小、活塞端面的空化量最小时的阀盘锥角及最优的工作冲次，为往复泵的吸入特性研究提供了参考依据。
综合应用
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  音速喷嘴气体流量标准装置流量点精确控制研究

  万勇, 谢小芳, 梁卫平, 刘亚俊

  液压与气动. 2019, 0(03): 138-141. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.03.023

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  音速喷嘴作为气体流量标准装置的标准表，具有精度高、性能稳定、维护容易等优点，已经成为传递标准。音速喷嘴法气体计量标准装置包括音速喷嘴、真空泵、滞止容器等，由于真空泵过高的频率不仅会造成浪费，还会产生严重的振动问题，而过低的频率又达不到要求，如何在这对矛盾之中寻找一个最优的方案是研究的重点。为了能够使测量数据更加准确，选择更优频率使整个装置配合运转达到最佳，通过实验找到最优频率点，通过变频真空泵的频率和音速喷嘴出口质量流量的优化设计，实现流量点精确控制。