2019年, 第0卷, 第07期　刊出日期：2019-07-15

  

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工程技术
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  V形槽位置对偏导射流式伺服阀前置级液流特性的影响

  董娜娜, 孙浩乾, 张晋

  液压与气动. 2019, 0(07): 1-6. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.001

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  偏导射流级作为伺服阀关键部件，其偏转板上V形槽位置对前置级压力特性起决定性作用，进而影响了整个系统的稳定性。以某航空发动机用燃油电液伺服阀为研究对象，在分析其前置级结构及工作原理的基础上，建立偏导射流级三维模型，以Fluent流场仿真软件为平台，建立V形槽不同位置时的流场仿真模型，得到了V形槽不同横向位移及纵向偏移下左右接收孔恢复压力及压差，分析了V形槽不同偏移量对前置级压力增益及液流特性的影响，为偏导射流式伺服阀装配及调试提供了一定的参考依据。
理论研究
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  自激振荡腔空化特性的数值仿真及试验研究

  刘晓雄, 聂松林, 纪辉, 白晓蓉

  液压与气动. 2019, 0(07): 7-13. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.002

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  针对空化效应的剧烈程度，采用亥姆霍兹自振腔喷嘴结构，通过引入3项无量纲结构参数比值，探究了一种恒空化强度下自激振荡腔空化器的结构设计方法。基于Fluent对自激振荡腔进行空化数值仿真研究，重点考察3项无量纲结构参数比值对空化的影响，最后通过试验进行验证，并与多孔孔板空化器进行对比。结果表明：自激振荡腔内明显发生剧烈空化，且在入口压力为1 MPa时，结构参数配比为d2/d1=2，D/d2=5~6，D/L=2，空化效果较好。试验结果与仿真结果较为吻合，且在同一等效通流直径下，该自激振荡空化器比多孔孔板空化器的空化效果好，该研究对自激振荡空化器结构的设计与优化提供一定的借鉴。
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  电液位置伺服系统自适应反演滑模控制

  刘希, 黄茹楠, 高英杰

  液压与气动. 2019, 0(07): 14-19. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.003

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  在六自由度并联运动平台运动控制中，可转化为对各个支链的运动控制，每条支链采用电液伺服运动系统。针对并联运动平台支链位置控制中存在的抗干扰和控制精度问题，提出了一种基于自适应反演滑模控制算法。该算法利用自适应控制策略，以此对系统的建模误差和外加干扰等不确定性进行估计，再结合反演滑模控制算法设计平台支链位置控制器，解决并联运动平台位置精确控制问题。仿真结果和试验表明，该控制策略能够很好的实现支链电液伺服运动快速、稳定、高精度位置控制，并对系统的外加干扰具有很强的鲁棒性和自适应性。
工程技术
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  恒压变量斜轴泵联合仿真模型及特性分析

  李志冬, 程珩, 权龙, 郝云晓, 杨枭雄

  液压与气动. 2019, 0(07): 20-26. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.004

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  恒压斜轴式变量泵排量大，压力高，广泛应用于工程机械、冶金机械、矿山机械和船舶等的液压系统中。其基本原理是通过设定先导比例溢流阀压力，缸体摆角自动调节，使泵出口压力与先导溢流阀设定值相同。在理论分析的基础上，采用SmulationX软件，构建了变量泵液压与机械的联合仿真模型，对比例变量恒压柱塞泵静态及动态输出压力流量特性进行分析，研究变量弹簧对动态特性的影响。仿真结果表明：恒压变量泵压力和流量特性稳定，变量弹簧刚度越大，恒压泵响应越快。该研究可为高性能液压泵元件的设计提供指导。
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  调速阀建模及仿真分析

  袁海丽, 冀宏, 高名乾, 朱庆轩, 张建军, 范帅

  液压与气动. 2019, 0(07): 27-32. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.005

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  针对某型号调速阀在试验过程中产生的流量超调值过大，引起叉车液压缸下降时产生振动的问题，建立了其AMESim仿真模型，对调速阀的流量响应特性进行定量分析，并对关键参数进行了优化。结果表明，该调速阀中板式单向节流阀的节流口开度、减压阀弹簧刚度及其预压缩量、与调速阀串联的控制阀阀口面积大小及梯度对调速阀流量响应特性有很大影响。通过各参数交互组合进行仿真分析，选取其中最优的一组参数进行优化，可以显著减小流量超调值，提高调速系统性能。
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  超大型液压挖掘机混合式动臂势能回收系统设计及仿真分析

  李建松, 丁海港, 赵继云, 秦家升, 史继江, 王振兴

  液压与气动. 2019, 0(07): 33-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.006

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  由于工作装置和负载的质量巨大，超大型液压挖掘机动臂下放时大量势能经液压阀口转变成油液的热能，造成油液温度升高。对此，提出一种流量再生与蓄能器相结合的混合式动臂势能回收系统。该系统通过流量再生原理，使动臂液压缸无杆腔流量的一部分流入有杆腔，减少对液压泵的流量需求，降低系统对发动机的功率需求；同时，使用蓄能器和平衡缸相结合的方式回收工作装置的势能，并在动臂提升时实现回收能量的再利用，提高了系统的能量利用效率。建立了系统的仿真模型，对影响势能回收和能量利用效率的关键参数进行了研究分析。结果表明，混合式动臂势能回收方案具有较好的能量回收效果，节能效果显著。
理论研究
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  基于能量转换的桥式气动节能回路研究

  姜忠爱, 熊伟, 度红望, 王露

  液压与气动. 2019, 0(07): 39-43. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.007

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  传统的气动驱动回路一般使用三位五通换向阀进行控制，压缩气体的利用率较低。针对这一问题，提出一种采用4个开关阀控制的桥式气动回路，以提高压缩空气的利用率。桥式气动回路节能的核心是充分利用压缩气体的膨胀能做功推动活塞运动。以活塞杆伸出行程为例，基于能量转换，根据活塞运行过程中进气腔和排气腔气体的做功来计算开关阀的开闭时序。对计算得到的开关阀开闭时序进行实验验证，并与传统的气动回路进行对比。实验结果表明，与传统气动回路相比，提出的桥式气动回路能够有效地提高气动驱动系统中压缩空气的利用率。
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  对旋轴流风机叶顶间隙对其气动噪声的影响

  李鑫鑫, 高贵军, 寇子明, 吴娟, 杨冰冰

  液压与气动. 2019, 0(07): 44-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.008

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  为探究改变叶顶间隙对矿用对旋式轴流风机气动噪声的影响，建立不同叶顶间隙的风机三维模型，并结合风机性能试验验证模型的正确性。利用Fluent对风机进行定常模拟、非定常模拟和噪声预估，分析了声功率级和声压级随叶顶间隙的变化情况。结果表明：叶根与轮毂交界处、叶顶间隙处和相邻两叶片中间部位的声功率级随间隙的增加而增大，且叶顶处吸力面声功率级高于压力面。不同间隙下风机的A级声压值总体上呈先急剧下降后上升再逐渐下降的趋势，间隙变大后，风机在各监测点处的A级声压值随之增大。与高频处相比，间隙对中低频处的A级声压值影响更加显著。
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  外啮合微小齿轮泵流场模拟分析与优化

  吴晓, 黎志杰

  液压与气动. 2019, 0(07): 50-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.009

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  为了揭示微小齿轮泵的几何参数与其工作性能之间的关系，利用Fluent动网格技术，对汽车尾气处理装置中微小齿轮泵进行二维数值模拟分析，探究顶隙、齿轮齿数等几何参数对微小齿轮泵流量和精度的影响规律。结果表明，在其他条件相同时，随着顶隙增大，平均流量逐渐变小，流量脉动率逐渐增大，顶隙由0.02 mm变化为0.3 mm时，平均流量减小约33%，流量脉动率增大约18%，精度降低；随着齿轮齿数增大，流量和流量脉动率均减小，齿轮齿数由14增大到28时，平均流量减小约54%，流量脉动率减小约95%，精度逐渐提高，齿轮齿数对流量脉动率的影响幅度明显高于对流量的影响效果。
综合应用
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  某型燃油电控调节器结构改进设计研究

  王辉

  液压与气动. 2019, 0(07): 55-62. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.010

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  某型燃油电控调节器是用于某型发动机燃油数控系统的执行装置，在厂内调试时，空中起动点火供油量性能调试困难；在进行交付试验时出现了空中起动点火供油量变小，即性能不稳定的问题。针对上述不足，对该调节器的组成、功能、工作原理进行详细分析，从而对其压差回油装置进行结构改进设计及静差分析，利用AMESim仿真软件建立数学模型并给出性能仿真结果。改进后的试验结果表明，空中起动点火供油量指标已达到要求，保证了发动机的正常工作。
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  液压软制动系统在下运式带式输送机中的应用

  李康, 王宁, 李军霞

  液压与气动. 2019, 0(07): 63-69. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.011

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  为了探究下运式带式输送机在不同运行工况下的制动策略，提出了液压软制动系统，通过建立数学模型对其进行分析研究，采用液压软制动作为突发断电和紧急停车的安全制动方式，解决特殊工况下的安全问题。借助Simulink和AMESim两款仿真软件对各工况下的制动过程进行了仿真研究，结合下运式带式输送机的运行特性搭建了模拟运行试验台，对所设计的制动系统进行了试验研究。结果表明：“四象限变频回馈制动+液压软制动” 的电液复合制动能够实现带式输送机在正常供电工况下的安全停车，且液压软制动系统在突发断电和紧急停车过程中有良好的制动效果，为下运式带式输送机的制动特性研究提供了借鉴。
理论研究
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  仿生非光滑表面管道的设计及有限元分析

  钟佩思, 赵晓贺, 倪伟, 杨凯歌

  液压与气动. 2019, 0(07): 70-75. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.012

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  仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失，将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中，设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性，得到了性能最高的非光滑结构：凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道，具有更高的减阻率，运输能量更强，流速更高，可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。
工程技术
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  负载敏感系统煤矿用防爆三联电磁换向阀组的设计研究

  徐志刚

  液压与气动. 2019, 0(07): 76-80. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.013

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  遥控操作煤机装备负载敏感液压系统采用负载敏感电比例多路阀控制执行元件存在过度设计问题。通过分析煤矿用负载敏感液压系统的特点及压流特性，进而确定负载敏感用防爆电磁换向阀组的设计要求，设计了三联防爆电磁换向阀组元件原理图和整个负载敏感系统原理图；然后对阀组进行三维建模设计、元件选型；最后对制造的三联电磁换向阀组的应用情况进行了介绍。结果表明，该阀组的设计研究为矿用负载敏感系统控制提供了新的解决方案。
理论研究
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  基于AMESim的高速开关阀动态特性仿真研究

  方洋, 肖峻, 蔡未末, 刘志柱

  液压与气动. 2019, 0(07): 81-87. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.014

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  以某型号电子限滑差速器中的无复位弹簧式高速开关阀为研究对象，分析了该高速开关阀的结构及工作原理，并建立了机、电、磁、液等各个耦合部分的数学模型。运用AMESim建模仿真平台建立高速开关阀的阀芯位移动态响应模型，基于该模型对高速开关阀在一定PWM信号下进行动态时间响应特性仿真，分析了阀芯质量、驱动电压、黏性阻尼系数等参数对高速开关阀阀芯位移响应时间各个阶段的影响，通过仿真结果分析了响应时间滞后的原因，并从提高阀芯响应时间方面提出参数优化调整建议。
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  负载特性对输送带动态特性的影响

  揭施军, 熊晓燕, 武兵, 牛蔺楷

  液压与气动. 2019, 0(07): 88-92. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.015

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  针对带式输送机传统的静态设计方法，不能满足大运量、长距离和高带速输送机的使用要求。通过分析在输送机启动过程中，不同负载对输送带动态特性的影响，为带式输送机的动态设计提供理论依据。利用AMESim建模软件，建立了带式输送机启动过程的动力学模型，并对带式输送机在空载、变负载和满载工况下对输送带动态特性的影响进行了仿真。结果表明，在输送机启动过程中，负载特性影响输送带动张力大小、应力波传播的速度以及持续的时间。
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  磁柱式二维阀用电-机械转换器的数值模拟

  孟彬, 孙明明, 李胜, 阮健

  液压与气动. 2019, 0(07): 93-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.016

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  永磁励磁式电-机械转换器由于永磁体的高温退磁而在应用时存在可靠性问题，为此提出了一种电励磁的磁柱式新型二维阀用电-机械转换器。其结构简单，易于模块化设计和装配，通过对气隙的形状优化设计还有可能获得比例的力矩-转角特性。建立了该电-机械转换器的三维有限元模型，在Ansoft Maxwell平台上分析了其磁场分布，讨论了励磁安匝数、工作气隙、衔铁和极靴的主要结构参数等对驱动力矩-转角特性的影响，分析结果对于后续的工程设计具有较好的参考价值。
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  基于响应面近似建模方法的换挡电磁阀模型构建

  张鑫, 赵志刚, 师俊玲, 段三星, 薛阳宏

  液压与气动. 2019, 0(07): 98-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.017

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  针对换挡开关电磁阀宽温域工况下可靠性不高的技术问题，以较高精度的多场耦合仿真模型实现参数优化为基础，开展换挡开关电磁阀的结构参数优化研究。构建了换挡电磁阀电磁场-结构场-温度场-流场多场耦合有限元仿真模型，通过电磁力测试、温度测试和流量测试分别校验了电磁场模型、温度场和多场耦合模型精度，满足优化设计所需模型精度要求；为了提高优化效率，基于响应面近似建模（RSM）方法完成了宽温域换挡电磁阀电磁力和应力近似模型构建。结果表明构建的电磁力响应面模型R2的值为0.987，最大应力响应面模型的R2值为0.992均大于0.9，近似模型满足设计要求可用于后续换挡电磁阀结构参数优选设计研究。
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  电液伺服系统位置跟踪平整度控制策略研究

  王慧, 侯冬冬

  液压与气动. 2019, 0(07): 107-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.018

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  为提高电液伺服系统位置控制跟踪精度，提出一种基于平整度设计方法的控制策略，该设计方法不需要对系统状态变量求导，因而，传感器测量噪声及未建模特性不会被放大，进而可以提高电液伺服系统位置跟踪精度，并且控制方法的设计过程简易；为验证提出的控制器的有效性，搭建了电液伺服系统实验台，对提出的控制策略进行了实验研究，结果证实，与反步控制器及传统的PI控制器相比，提出的控制器能更有效地提高了电液伺服系统位置跟踪精度。
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  余隙容积对微型高压压缩机容积效率的影响

  仝继钢, 石文星, 刘银水, 邓亦攀

  液压与气动. 2019, 0(07): 114-119. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.019

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  余隙容积的合理设计是保证压缩机正常工作的必备条件。相较于传统的高压压缩机，微型高压压缩机体积小、结构紧凑，活塞行程短且高压级活塞的直径较小，因而其工作性能对余隙容积更为敏感。为研究余隙容积对微型高压压缩机各级工作腔容积效率的影响，在微型高压压缩机关键结构参数和压力参数的基础上，结合能量和质量守恒定律、气阀运动以及活塞运动规律，搭建了工作腔热力学仿真模型。分析不同余隙容积下各级工作腔内气体压力、质量的瞬态变化过程，得出各级工作腔内容积效率的变化规律，从而为微型高压压缩机缸体和气阀关键结构参数的设计和优化提供指导意义。
综合应用
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  智轨列车电液伺服转向系统动态特性测试试验台与测控系统开发

  牛慧峰, 佟祥伟, 雷亚飞, 李振宝, 张晓, 彭京, 姜万录

  液压与气动. 2019, 0(07): 120-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.020

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  车辆转向时其转向系统的动态特性是十分重要的性能指标。针对智轨列车电液伺服转向系统的动态特性测试问题，先开发设计出具有针对性的动态特性测试试验台，并以此平台模拟智轨列车在PID闭环控制下的转向工况。使用LabVIEW编写转向系统动态特性测试的软件程序，在PID闭环控制下对电液伺服转向系统的动态特性进行测试，得到了完整的测试数据。为智轨列车转向系统动态特性分析提供了灵活、方便的测试手段，为转向系统性能改进提供了数据支撑。
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  轧机液压系统污染平衡机理分析及PBCC策略应用

  昝现亮, 李飞, 王凤琴, 李涛

  液压与气动. 2019, 0(07): 128-133. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.021

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  冷轧模拟器是模拟轧机轧制带钢试验设备，其张力液压缸存在抖动现象。根据NAS1638，检测液压油污染浓度处于7级，同时发现截止阀存在严重生锈现象，无法满足系统要求。开展液压系统污染平衡机理分析，首次提出污染平衡协同控制(Pollution Balance Collaborative Control，PBCC)策略并现场实践，同时应用统计学开展方差分析，液压缸抖动现象大幅改善，设备运行的精确性和稳定性显著提高。PBCC策略是一整套前后协调、相互统一的设备液压系统油液污染控制指导方法，可以推广到其他设备作为参考应用。
理论研究
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  气动位置控制系统分数阶控制器的设计与仿真

  赵彦楠, 曾亿山, 耿豪杰

  液压与气动. 2019, 0(07): 134-141. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.07.022

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  为了实现对气动伺服控制系统的准确位置控制，设计了气动伺服系统，根据系统的组成推导了其数学模型，并在此基础上进行线性化处理，计算出传递函数。继而设计了一种基于稳定裕度法整定参数的分数阶控制器，使用MATLAB的优化工具箱求解控制器参数并在Simulink中搭建分数阶控制器模型进行仿真分析。结果表明，使用稳定裕度法整定参数的分数阶控制器对气动伺服系统具有良好的控制效果，在系统参数发生较大变化时仍能达到理想的控制性能指标，系统仍具有良好的信号跟踪特性、强抗干扰能力和鲁棒性。实验测得采用分数阶控制器的气动伺服系统定位精度达到0.5 mm，系统具有较高的稳态精度。