2019年, 第0卷, 第05期　刊出日期：2019-05-15

  

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  液力变矩器流动数值模拟的发展与应用

  马文星, 王佳欣, 刘春宝

  液压与气动. 2019, 0(05): 1-8. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.001

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   综述了近几年国内外对于液力变矩器的数值模拟的发展与应用，包括网格划分精细化、模拟方法多样化、流场分析细致化等。重点介绍了瞬态三维尺度解析模拟方法，考虑二次流、气蚀等现象的流场分析，格子Boltzmann方法，考虑温度变化的外特性计算，以及基于Isight的变矩器集成优化等，提出了液力变矩器数值模拟的发展趋势。
理论研究
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  基于电流调制的电磁开关阀开关特性研究

  田昊， 赵禹任， 侯交义， 宁大勇， 张增猛

  液压与气动. 2019, 0(05): 9-14. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.002

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  电磁开关阀是阀控液压系统中重要的基础流控原件，其开关特性决定系统整体性能。传统驱动方式下，阀芯位移响应滞后于励磁驱动电流，阻碍频响的提高。提出通过建立位移反馈提升阀芯在阶跃励磁电流作用下的电磁力的响应特性，进而提升电磁阀位移频响的方法。对二位二通电磁开关阀建立了动力学与电磁学方程，搭建了阀芯电磁-动力学关键参数测量装置。试验验证了试验装置可行性并获得了阀芯位移响应的开环传递函数。结合试验数据，在Simulink中搭建了反馈对电磁开关阀开关特性影响的验证系统。仿真结果表明，通过利用电磁阀位移反馈，阀芯位移对励磁线圈的阶跃响应改善显著，响应时间相比开环阀芯驱动缩短了近53%。
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  基于多场耦合的先导式电磁开关阀特性研究

  方继根, 王西峰, 杨帅, 田月, 吴进军, 高祥, 吕晋

  液压与气动. 2019, 0(05): 15-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.003

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  电子稳定控制系统(ESC)是提高汽车行驶稳定性和主动安全性的关键装置，旨在提高ESC液压系统的控制精度，对其核心部件先导式电磁开关阀的相关特性进行深入研究。建立了先导式电磁开关阀多场耦合的数学模型，包括机械模型、电磁场模型、液动力模型和热力场模型；分析了气隙、电流、温度等因素对电磁力的影响，并通过试验验证了理论模型的正确性。结果表明：电磁力随气隙和温度分别呈非线性变化，一定范围内，随电流呈线性关系；当气隙超过0.8 mm时，电磁力几乎不随气隙变化，呈现比例电磁铁的特性。另外，在试验中得到了先导阀两端压差对电流、压力、流量响应的影响。
工程技术
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  三入口单级分形微流控浓度梯度芯片的设计与性能分析

  姜云峰, 张思祥, 刘吉晓, 李姗姗, 杨丽, 刁雁雁

  液压与气动. 2019, 0(05): 25-29. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.004

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   传统浓度梯度生成方法具有效率低、梯度不够精确、稳定性差等不足，微流控芯片因其特征尺寸小、反应快、精度高和易操控等优点，被广泛用于微流体浓度梯度生成。微流控芯片的通道结构与进样条件对浓度梯度的生成具有重要影响。基于自相似分形理论，开发了三入口单级分形微流控浓度梯度芯片。建立基于有限元的多物理场耦合模型，通过归一化流量矩阵与浓度矩阵的耦合设置，得到呈偏态分布与正态分布的浓度梯度分布规律。以红色染料与去离子水为样本进行实验，结果与数值模拟吻合较好，验证了芯片设计的科学性与有效性。
理论研究
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  电功率回收液压马达试验台功率回收效率研究

  杨尚尚, 赵静一, 刘杰, 郭言, 赵伟哲, 李文雷

  液压与气动. 2019, 0(05): 30-37. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.005

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  针对批量液压马达试验中能量浪费的问题，提出了精确控制马达转速和马达加载的试验方法，设计了一种电功率回收液压马达出厂试验台，并对液压马达试验台电功率回收原理及功率回收效率进行分析。采用AMESim软件对系统功率回收效率仿真，且通过试验台对液压马达相关性能进行测试，对试验与仿真系统功率回收效率进行比较分析，发现在仿真和试验中系统功率回收效率存在最大值且与液压马达总效率正相关。试验台设计合理，可以较好的实现试验过程中多余能量回收，对液压马达试验台电功率回收的设计与研究具有参考价值和实际工程指导意义。
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  基于模态分析的某型飞机液压管路故障诊断

  寸文渊, 赵正大, 陈果, 张茂林, 陈雪梅, 侯民利

  液压与气动. 2019, 0(05): 38-45. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.006

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   针对某型飞机液压管路吸油模块与扩口式直角接头连接处螺纹损坏，接头脱出，导致液压系统漏油的故障，建立了管道有限元动力学模型，进行了管道模态仿真分析。发现故障管道出现了导致管道故障的危险模态，该阶模态频率范围正好在发动机的工作转速范围内，在发动机振动频率的激励下，激发该阶模态振动，引起管道共振，产生很大的作用力，导致连接螺纹损坏和接头脱出，从而形成故障。基于模态分析方法，对该管道进行了改进，有效地避免了该阶模态的出现。实际的飞机管路系统的改进效果表明了分析方法的正确性。
工程技术
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  一种气动三维平台设计

  王万金, 周治江, 罗文广, 王亚军

  液压与气动. 2019, 0(05): 46-50. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.007

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  目前压水堆乏燃料组件池边检查多采用水下三维平台，利用伺服电机驱动传感器完成乏燃料组件检测，该工艺存在驱动设备成本高昂，且驱动系统外形庞大等缺点。针对上述情况，研制了一种气动三维平台。该平台采用气动马达代替水下伺服电机，不仅有效减少了成本，而且提升了系统的安全性，并通过气路分区设置，将被沾污和干净部件进行有效隔离，防止部件交叉污染。同时，该平台还引入防水倒灌回路设计，使平台能够长时间暂存在乏燃料水池，不影响平台的重复使用。后续的性能试验和工程实践表明，所设计的气动三维平台工作稳定可靠，满足压水堆乏燃料组件池边检查要求。
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  基于SST k-ω湍流模型与遗传算法的高速电梯井道风口优化设计

  邱望标, 郭天水, 薛玉, 付静

  液压与气动. 2019, 0(05): 51-57. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.008

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  为了改善和提高电梯的气动特性和运行稳定性，基于SST k-ω湍流模型对电梯进行空气流体仿真，计算气动阻力、侧翻力矩、俯仰力矩，分析实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合，建立电梯气动特性的一元数值模型。根据正交实验结果与一元数值模型，基于MATLAB回归分析，建立电梯气动特性的多元数值模型，并以此作为目标函数，以气动阻力、侧翻力矩和俯仰力矩最小作为优化目标，基于遗传算法进行电梯气动特性的多目标优化，仿真验证优化后电梯气动特性得到较大改善，为电梯气动特性的改善提供了一定的参考价值和意义。
理论研究
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  对旋轴流风机叶顶形态对其性能的影响

  李鑫鑫, 高贵军, 邢亚东, 杨冰冰

  液压与气动. 2019, 0(05): 58-63. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.009

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  为了探究改变叶顶结构对风机性能的影响，采用Fluent对不同叶顶形态的对旋轴流风机性能进行数值模拟。分析了不同叶顶形态对风机效率、全压、叶顶泄漏流和泄漏涡的影响。结果表明：风机效率随叶顶开槽长度的增加而增大。在开槽长度和深度相同时，与第一级叶轮相比，改变第二级叶轮的叶顶形态对风机性能的改善更加显著。与后缘相比，在叶顶前缘开槽对风机性能改善更大。叶顶开槽后，间隙处形成泄漏涡，且叶顶泄漏流入口处涡流强度明显提高，可有效削弱叶顶泄漏流的发展，改善风机性能。
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  基于AMESim的负载敏感泵压力-流量特性影响因素探究

  屈盛官, 肖传伟, 方波, 李小强

  液压与气动. 2019, 0(05): 64-71. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.010

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   对某型负载敏感泵的工作原理分析的基础上，建立负载敏感泵的数学模型，然后利用AMESim仿真平台建立负载敏感泵的仿真模型，进行仿真分析后得到压力-流量特性曲线，进一步探究压力-流量特性曲线的影响因素，最后利用负载敏感泵试验台进行试验，试验结果验证了模型的正确性和精度。研究表明：压力切断阀弹簧刚度与弹簧预紧力、电动机转速、泄漏量、控制油路压力均对压力-流量特性曲线产生影响，研究结果为更好地应用负载敏感泵提供了技术支持。
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  乳化液泵配流机理的理论研究与试验分析

  张占东, 廉自生, 姚利花, 张瑞平, 李妍姝, 高颜萌

  液压与气动. 2019, 0(05): 72-80. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.011

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  利用流体可压缩性、流量连续方程及阀口流量公式建立了单柱塞腔流动特性方程；在考虑了重力、弹簧力、压差力、接触力及液动力基础上，建立了配流阀动力学模型；以排液歧管过流孔道为控制体积，建立了包含3个柱塞腔、蓄能器及负载的整泵流动特性方程。用AMESim软件创建了具有3柱塞结构的BRW125/31.5C型乳化液泵模型，将不同曲轴转速下的配流阀阀芯位移及泵出口压力的仿真值与试验值对比，验证了理论分析与仿真模型的正确性。结果表明：当该型号泵驱动电机输入频率分别为50， 40， 30 Hz时，上流量脉动率分别为1.25%，1.19%，1.37%，而下流量脉动率分别为1.76%，1.73%，176%；柱塞腔内流场在从低压向高压转换时存在压力冲击；在吸、排液行程转换阶段，存在流量倒灌现象。
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  离心机振动台设计与控制策略研究

  谢海波, 卢俊廷, 杜泽锋, 杨华勇

  液压与气动. 2019, 0(05): 81-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.012

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  离心机振动台工作在土工离心机高速旋转产生的模拟超重力场中，相比于常重力振动台其电液伺服系统频率响应要求更高。针对高频下振动台电液伺服系统高频波形复现精度低的问题，设计了关键控制技术预研试验台，建立了系统的精确传递函数模型并进行了仿真分析，提出了多状态反馈和频域前馈相结合的控制策略。搭建了离心机振动台试验台及其电液伺服控制系统，利用试验台验证了控制策略的正确性。
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  气体减压阀动静压差研究

  郭珣, 樊蕾

  液压与气动. 2019, 0(05): 87-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.013

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  动静压差是气体减压阀一项主要性能指标，分析了一种航天发射领域广泛应用的气体减压阀动静压差产生的原因，通过理论推导得到了基于动态数据计算对应静态压力和动静压差的公式，然后通过该公式研究了进出口压力、气体流量、敏感活塞面积等影响减压阀动静压差的因素，得到了以下结论：动静压差随着出口压力、气体流量的增加而增大，随敏感活塞面积增加呈“U”字形趋势，最后通过试验验证了所得公式的正确性。提出的研究方法也可供其他类型气体减压阀的动静压差分析提供参考。
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  电磁阀的热物理场数值仿真与试验研究

  孙宾, 刘连哲, 黄礼浩, 边志远, 胡文豪

  液压与气动. 2019, 0(05): 92-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.014

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  以某型航空发动机控制系统上的电磁阀为研究对象，建立其流固耦合模型，开展热物理场数值仿真研究，对其不同工况下的热物理场特性进行分析。同时搭建试验系统进行试验验证，根据试验结果对仿真模型及参数进行优化迭代，并得出结论：在实际使用过程中，电磁阀的温升主要受环境温度、外加功率、内部结构及外部热交换条件的影响，电磁阀的热物理场数值仿真结果与试验数据的最大误差为7.0%,数值仿真模型准确度较高，能有效地预测电磁阀的温度场分布。该模型可指导电磁阀热设计，具有较高的实际工程应用价值。
工程技术
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  给水泵油封装置O形密封圈的有限元非线性分析

  张振兴, 张江涛, 公茂涛, 夏轶捷

  液压与气动. 2019, 0(05): 98-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.015

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  为解决给水泵油封装置中O形圈因密封失效而引起泄漏的问题，利用有限元法对密封圈的大变形、超弹性进行非线性接触分析。首先建立密封圈与转动环沟槽之间的轴对称模型，分析O形圈在不同压缩率、不同轴向压力下的应力分布规律，进而对油封装置结构改进，最后利用试验台位测试油封的密封性能。结果表明： O形密封圈压缩率越大主接触面峰值应力越大，侧接触面应力基本不变；密封圈轴向压力的增加，接触应力也急剧上升，侧面接触应变较大，但工况内无胶料“挤出”发生；改进后双密封O形圈动环结构密封可靠性、安全性更高，在不同工况下进行密封性能试验，油封装置无泄漏，为油封密封圈选型以及避免给水泵实际运行中出现“滴、漏”现象具有一定的指导意义。
理论研究
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  不同进口压力下柴油机非对称喷嘴内部流动特性的数值分析

  王晓翠

  液压与气动. 2019, 0(05): 104-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.016

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  采用流体动力学欧拉多相流模型，模拟了不同进口压力下柴油机喷油器非对称喷嘴内部流动特性，研究了喷嘴各孔出口处气相体积分数和质量流率分布特性。结果表明：喷嘴内部形成了均匀的雾化场，喷嘴出现空化的气相体积比和压力差上升速度都表现为孔1孔、5孔、2孔、3孔、4孔逐渐降低变化，并且空化现象基本都出现在转角上部。喷嘴各孔质量流率均随进出口压力差表现出单调增加的变化规律，之后趋于一定的稳定。在进口压力30 MPa下，压力增大后将会促进质量流率的升高；在80 MPa的进口压力下，质量流率不会发生显著改变；随着进口压力达到160 MPa，质量流率处于一个恒定状态。
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  气囊式蓄能器吸收脉动的动态特性分析

  董蒙, 栾希亭, 梁俊龙, 吴宝元

  液压与气动. 2019, 0(05): 109-116. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.017

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  针对气囊式蓄能器吸收脉动的基础理论建模不足问题，将蓄能器进行力学模型简化，借鉴经典的质量-弹簧-阻尼系统模型，利用由参数增量表达的传递函数及流量方程，建立蓄能器气腔、液腔、进油阀及整体数学模型。在此基础上，通过编程仿真并深入分析气液腔的压力与体积对阶跃和正弦信号的动态响应特性，同时给出初始容积与预充气压力对蓄能器的影响规律。最终，为了验证蓄能器消除柱塞泵出口高压油液脉动效果，将蓄能器与柱塞泵的联合仿真结果与试验数据进行对比，两者结果基本一致，验证了模型的正确性，为蓄能器数学建模提供理论支撑。
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  基于负载匹配的阀控液压缸匹配特性研究

  王鑫涛, 杜星

  液压与气动. 2019, 0(05): 117-121. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.018

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  阀控缸系统作为飞机结构强度试验中至关重要的设备之一，其工作状态的性能直接影响着试验的可靠性和安全性。通常情况下采用经验公式进行伺服阀和液压缸的选取，该方法存在较大的匹配误差，很容易造成伺服阀选择偏小或者功率利用率较低，且伺服阀未工作在最佳状态。因此，采用负载匹配的方法，通过液压缸的负载特性曲线与伺服阀的压力-流量特性曲线之间的关系，结合实际试验件特性以及试验所采用的设备，提出一种伺服阀与液压缸的选择方法，为飞机结构试验阀控缸系统的选型和设计提供依据，使试验设备工作状态得到较大改善。
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  某特种液压缸内置磁致伸缩位移传感器发讯问题故障分析

  冯世泽, 何刘宇, 赵黎明

  液压与气动. 2019, 0(05): 122-125. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.019

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  针对某特种液压缸内置磁致伸缩位移传感器发讯异常问题，使用ANSYS Electronics对磁环通过油管后的径向磁感应强度分布进行了仿真分析，同时，结合试验研究得出磁环磁感应强度经不同相对磁导率油管作用下的磁感应强度，仿真与试验结果基本一致。通过故障分析得出液压缸中油管铁磁性影响磁环磁感应强度分布，导致传感器发讯异常。分析油管的加工工艺，得出油管产生铁磁性的原因。通过优化油管加工工艺方法，消除了油管的铁磁性，解决了位移传感器发讯异常问题。
工程技术
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  一种新型液压阀用电磁驱动机构的设计与研究

  杨智超, 邓斌

  液压与气动. 2019, 0(05): 126-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.020

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  针对液压阀换向时带来较大冲击的不足，设计了一种新型液压阀用电磁驱动机构，该驱动机构由1个双稳态永磁操动机构、1个磁流变液阻尼器（MRD）和1个隔磁铜片（安装在上述2个装置之间）串联而成，具有降低、调节液压冲击的作用。根据双稳态永磁操动机构的静态保持力和换向力的要求，对双稳态永磁操动机构进行设计，然后利用Maxwell软件对其进行电磁仿真分析；根据双稳态永磁操动机构换向过程中的受力情况，对MRD所需产生的阻尼力的大小及调节范围对MRD提出要求；结合Maxwell软件对MRD进行电磁场仿真分析，利用MATLAB软件对MRD的结构进行优化设计。
理论研究
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  压裂泵曲轴曲拐布置的优化方法

  马良丰, 冯进, 魏俊, 刘倩倩

  液压与气动. 2019, 0(05): 132-137. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.021

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  五缸压裂泵曲轴曲拐的不同布置，会导致与液力端相连的低压吸入管汇与高压排出管汇中出现流量与压力波动，甚至出现局部断流。流量与压力波动可表现为曲轴负载及惯性水头损失，降低曲轴寿命和能量转换效率；局部断流会造成管道沉沙。为了减小流量与压力的波动，改善局部断流与曲轴受力，提出了断流现象持续区域和曲轴所受弯矩的优化目标，建立了五缸压裂泵曲轴曲拐布置的优化方法。最终确定出两种曲轴曲拐布置的最优方案，其吸排管汇的流量波动幅值最小、断流现象持续区域最短，有效地减轻了惯性水头损失和沉沙问题，改善了泵的吸排性能和曲轴弯矩。
综合应用
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  液压阀内部O形圈正确选用计算

  李冬, 万昌文, 李杰

  液压与气动. 2019, 0(05): 138-141. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.05.022

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   液压阀内部密封基本采用O形圈加挡圈的形式，选用规格尺寸正确的O形圈可保证液压阀修复后的使用寿命。介绍了一种通过测量液压阀内部密封沟槽尺寸，直接确定O形圈截面直径，经简单计算便能快速确定O形圈内径的方法。详细说明了计算公式的推导步骤，并对计算过程进行了举例说明。对O形圈尺寸偏差可能造成的危害，以及液压阀内O形圈和挡圈的硬度、部分挡圈尺寸的确定等问题进行了简要说明。这种计算方法在进行液压阀的修复工作时，能起一定的帮助作用。