2019年, 第0卷, 第10期　刊出日期：2019-10-15

  

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  工程机械作业机构能量回收技术研究现状

  高有山, 权龙, 赵斌, 王爱红, 吕振锋

  液压与气动. 2019, 0(10): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.001

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  我国是全球最大的能源消费国，环境问题、原油进口和短缺危机已经成为我国持续发展的沉重负担。工程机械是我国的重要支柱产业之一，提高其能源利用效率是满足国民经济发展能源需求和应对环境问题的有效途径。针对工程机械许多作业机构都存在向系统回馈能量的情况，从工程机械动势能回收技术方面，介绍了对大质量和转动惯量的高频次作业机构进行节能降耗的主要技术进展和新的研究成果。希望能从能量回收原理和方法，推动行业发展和技术进步，从而提升我国工程机械的质量和水平。
理论研究
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  负载口独立控制双联阀建模与特性分析

  王涛, 刘毅, 黄方平, 章卓耿, 金列俊, 高如君

  液压与气动. 2019, 0(10): 11-19. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.002

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   为解除液压执行元件进出口之间的联动，提出了一种负载口独立控制双联阀，基于2个单元体阀芯错位组合，能实现负载口的独立控制。根据其工作原理，建立了阀控缸数学模型，进一步利用MATLAB/Simulink搭建了数值求解模型，对该阀在3种不同工况下的工作特性进行了分析。分析结果表明，通过对阀芯角位移和线性位移在工作行程零位及行程末端附近的联合控制，分别可实现微小流量稳定控制和大流量快速响应控制；阀芯角位移单独控制时，负载流量与之成正比，具有良好的线性流量增益效果；阀芯线性位移单独控制时，相同供油压力下能获得最大的负载流量和活塞位移。该阀具有较高的流量控制精度和灵活性，可为复杂工况下流量和压力的匹配补偿控制提供新思路。
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  变排量非对称轴向柱塞泵动态特性分析

  贺伟, 黄家海, 郝惠敏, 权龙

  液压与气动. 2019, 0(10): 20-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.003

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  为研制变排量非对称轴向柱塞泵，依据三配流窗口轴向柱塞泵的配流思想，提出基于斜盘摆角位置反馈的排量控制方案，建立变排量非对称轴向柱塞泵的数学模型，对其频率响应影响因素进行分析。通过AMESim对该泵的变排量特性进行研究，仿真结果表明：当配流窗口A吸油、配流窗口B和T排油时，柱塞对斜盘的合力作用点轨迹具有较长的作用力臂，若配流窗口B和T压差过大，则斜盘摆角减小时响应将显著降低；当配流窗口B和T吸油、配流窗口A排油时，柱塞对斜盘的合力作用点轨迹与对称式轴向柱塞泵相似，配流窗口A压力对斜盘响应影响较小。通过试验验证了仿真模型的正确性，同时试验表明该泵具有较好的动态特性。
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  基于迎风差分格式的气动制动系统的共振频率研究

  方桂花, 高旭, 王鹤川

  液压与气动. 2019, 0(10): 26-30. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.004

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  一阶迎风差分方法，可用于气动制动系统中的气柱管路部分问题的研究，考虑到气体可压缩性和热交换性等影响，利用气体连续性和能量守恒原理建立气体连续方程、运动方程和能量守恒式。经复合函数微分法整理变换成振动方程后，通过MATLAB软件进行波动方程的差分仿真，讨论了在上流边区以振动方程为边界导致下流区的共振影响。仿真计算的结果表明：有限差分方法是研究气动制动系统管路的气柱共振特性较为有效的方法。
工程技术
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  齿轮泵轴承-轴颈全流体润滑的逆向设计

  李玉龙, 钟飞

  液压与气动. 2019, 0(10): 31-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.005

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  为实现泵用轴承-轴颈滑动副的全流体润滑状态，采用传统径向滑动轴承设计的逆过程，由先期创建的承载量系数的拟合式，构建以直径间隙、轴径、宽径比为设计变量，轴颈挠度与最小油膜厚度的比值为目标函数的优化模型。实例结果表明：轴颈直径总能取得由加工工艺和泄漏控制所决定的上限值；轴颈挠度比直径间隙差2个数量级，轴颈倾斜变形对承载量系数的影响可以忽略不计等。得出通过直径间隙、轴径、宽径比的优化取值，泵用轴颈能实现全流体润滑的重要结论。
理论研究
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  基于直通式迷宫密封的海上平台井口装置研究

  余焱群, 张懿萱, 康玉晶

  液压与气动. 2019, 0(10): 34-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.006

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  海上稠油开采面临瓶颈，而平台有杆采油技术是解决这一难题的合适途径。油井安全是海上平台有杆采油新工艺实施的前提和关键，基于新工艺开发了海上平台复合井口装置，可实现正常作业动态密封、断杆自动关井、停产手动封井等功能。基于流体动力学理论建立了井口密封泄漏模型，分析了密封结构各参数对泄漏量的影响，确定了密封本体结构，在0.1 mm间隙、10 MPa井口高压下泄漏量为2728×10-5 m3/s。说明密封结构设计合理，能够达到关井密封井口、撤离平台的目的，以确保海上稠油热采井有杆采油新工艺的安全实施。
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  基于CFD商用车热保护仿真与验证

  张建华, 唐荣江, 张成, 陆增俊, 韦尚军

  液压与气动. 2019, 0(10): 39-43. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.007

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  为了研究某款商用车在最大扭矩工况下悬架气囊与挡泥板表面温度超标的原因。采用CFD软件建立了商用车发动机舱CAD模型，并进行有限元网格划分和设置舱内温度边界条件，求解在最大扭矩工况下舱内温度情况。通过流场和温度场分析获得的排气管热量对气囊和挡泥的热害影响范围与表面温度,对其分别采取增加隔热罩和隔热套的优化措施以降低热害，并结合实验进行验证。最终结果表明：优化后气囊表面温度平均下降了11.95 ℃，优化后挡泥板表面温度平均下降了9.2 ℃。改进措施取得了显著成果，为后续车辆设计提供了参考。
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  基于Fluent的柴油机冷却环道流动特性分析

  陈继涛, 宋海燕

  液压与气动. 2019, 0(10): 44-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.008

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   为缓解柴油机活塞的过热问题，对冷却环道内的气液两相流动状态及传热特性进行了研究。根据计算流体力学方法确立柴油机冷却环道流动的湍流模型和相界面模型。采用有限元方法，建立冷却环道两相流仿真模型，针对柴油机不同的转速、油压和油温条件分别进行仿真计算，得出油液的体积率和平均换热系数随曲轴转角的变化规律。通过发动机喷流试验台的验证可知，冷却环道内两相流动状态的实验与仿真结果具有良好的匹配性。研究结果表明：喷油压力对油液体积率和平均换热系数的影响非常小；油体积率和平均换热系数的变化趋势不存在一致性；冷却环道的换热能力主要由油液黏度和振荡强度决定。
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  救助船模拟器中Stewart摇摆台运动仿真

  张晓磊, 熊伟, 王祖温, 陈伟才

  液压与气动. 2019, 0(10): 50-56. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.009

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  针对救助船模拟器中液压Stewart摇摆台的空间运动模拟问题展开研究。从机构运动学角度分析各构件的装配约束关系，在3D视景交互软件Virtools的编程环境中，实现摇摆台的三维空间装配，并通过试验验证了装配算法的正确性。以南海救111船（NHJ111）为对象，计算其在不规则波中的时域横摇和纵摇运动，作为输入信号控制三维虚拟摇摆台的运动，并给出摇摆台的6个液压缸活塞杆伸缩量的位移曲线。结果表明，能有效地对Stewart平台进行运动学反解分析，实现对救助船摇荡运动的模拟，为配备有Stewart平台的救助船模拟器的研究奠定基础。
工程技术
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  尼那水电站油泵出口阀组设计

  王志力, 贾小平, 曹维福

  液压与气动. 2019, 0(10): 57-63. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.010

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  以青海尼那水电站调速系统用油压装置改造项目为背景，在分析了电站原有的油压装置液压系统工作原理、设备的布置方式和运行中存在的问题的基础上，根据尼那水电站的实际情况，重新设计了油压装置液压系统，重点设计并分析了油泵出口控制和保护用的组合阀及运行方式。改造后的油压装置消除了原设备运行中的缺陷，降低了设备损坏频率，提高了电站运行的安全性。该新型组合阀的设计和对油泵的控制、保护方式可作为今后设计油泵出口控制阀组的参考。
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  基于AMESim的带自动回中功能液压系统研究

  牛宝锋, 袁杰, 逄洪军

  液压与气动. 2019, 0(10): 64-70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.011

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   针对矢量喷管控制系统在故障状态回中的需求，在液压系统作动器设计中引入回中小孔，设计了具有自动回中功能的出口面积调节作动系统。该系统的自动回中功能不需控制系统控制，也不需提供外力即可实现作动器的自动回中。给出了自动回中功能的工作原理，并对系统的工作原理和零组件特性进行了理论分析；根据实际所应用的面积调节系统建立了液压系统的AMESim仿真模型，利用不同工作模态下转换阀和作动器等液压元件的仿真参数对模型参数进行了优化；将有回中小孔系统和无回中小孔系统的数字仿真结果进行了对比，并分析了影响回中位置的因素。仿真结果证明了引入回中小孔的有效性，并且回中后位置精度满足使用要求，运动平稳，在零位附近没有显著震荡现象；表明了回中小孔与活塞之间的开口度越大，回中时间越长，且回中位置误差越大；进油口的孔径越大，回中时间越快，但回中误差也相应变大。同时，数字仿真给出了回中小孔的具体设计参数，对工程研制具有一定的指导意义。
理论研究
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  汽车风冷盘式制动器摩擦学特性试验研究

  孙丽

  液压与气动. 2019, 0(10): 71-77. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.012

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  为得出制动参数对汽车风冷盘式制动器摩擦学特性的影响机理，考虑空气流动和车辆惯性因素，基于噪声、振动与声振粗糙度（NVH，Noise Vibration and Harshness）台架试验机精确模拟制动工况，研究摩擦副表面在不同制动压力（1.0~3.0 MPa）、行驶速度（5~30 m/s）以及温度（100~350  ℃）条件下平均摩擦系数与摩擦稳定系数的变化规律。试验结果表明：制动压力增大时，摩擦力矩并非一定随之增大，尤其是较高行驶速度条件；当制动盘表面温度超过300 ℃时，低速条件下的平均摩擦系数和摩擦稳定系数急剧减小。
工程技术
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  液压平衡回路动态特性建模与仿真

  张鑫, 赵超, 吴忠, 闫家振

  液压与气动. 2019, 0(10): 78-82. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.013

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  液压平衡回路是液压系统的基本控制回路，其广泛应用于工程机械领域，其中大部分平衡回路都是由平衡阀构成。平衡阀作为平衡回路中的关键元件，对平衡回路的稳定运行有着重要影响。通常情况下平衡阀的内部结构参数难以获取，因此基于平衡阀样本中的先导全开节流特性和溢流特性建立其数学模型，进而构建平衡回路的数学模型。采用MATLAB/Simulink对平衡回路进行仿真，结果表明，构建的数学模型可以反映平衡回路的动态特性以及使液压设计人员能够对平衡阀的选型进行评估。
理论研究
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  基于AMESim的钻柱补偿装置仿真及控制方法研究

  雷静希, 李欢, 唐维, 田亚铃, 杨琪, 曹舜

  液压与气动. 2019, 0(10): 83-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.014

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  以提高现有钻柱补偿装置的补偿性能为目的，研究钻柱动力学模型，在AMESim软件平台上搭建钻柱补偿装置系统模型，开展对钻井深度、海况、气瓶组容积、伺服阀前蓄能器4个补偿性能影响关键因子的研究。分析位置反馈、速度反馈和加速度反馈3种反馈型PID控制方法的特点，并对波浪预测和波浪跟随控制方法进行研究。仿真分析表明：主被动联合补偿可有效降低钻压波动，加入升沉预测的位置反馈控制方法对于提高补偿性能有明显的效果。研究结果可对钻柱补偿装置的设计和控制优化提供一定的指导意义。
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  轮边驱动液压混合动力车辆能量回收系统性能研究

  张涛, 何晓晖, 王强, 李思升

  液压与气动. 2019, 0(10): 90-96. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.015

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  合理配置系统各主要参数，是影响混合动力车辆制动性能及节能效果的关键问题。以轮边驱动液压混合动力车辆为原型，分析了轮边驱动液压混合动力车辆能量回收系统的工作原理，以原型车的1/4为基础，对辅助动力元件（蓄能器）、二次元件（液压泵/马达）的参数进行了理论分析；建立了能量回收系统的AMESim仿真模型，进行仿真分析；搭建了试验台架，开展试验验证。结果表明：在满足制动性能要求的前提下，增大蓄能器容积以及降低蓄能器最小工作压力有利于回收制动能量；二次元件的排量对制动性能的影响比较大，对制动能量的回收率影响很小；蓄能器工作压力越低，能量密度越大。
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  基于蓄能器的节能回路控制策略研究

  王欣, 孙新, 王盼盼, 姜振楠

  液压与气动. 2019, 0(10): 97-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.016

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  为实现重物势能回收再利用，以蓄能器为储能元件，设计闭式液压系统的节能回路。引入电磁比例减压阀，研究以蓄能器压力、外负载及速度为判断参数的控制策略。建立AMESim-Simulink联合仿真模型，分析回路压力与流量特性。仿真结果表明，该控制策略可使节能回路中的压力与流量稳定，并满足外负载与速度变化的需求。
综合应用
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  基于PID控制的舱压调节系统设计

  王明迪, 刘国栋, 王正, 韩潇

  液压与气动. 2019, 0(10): 104-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.017

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  在空间动力装置研制中，需模拟空间的真空状态进行点火试验。真空舱的压力应与所对应空间的压力相同并保持稳定。针对某空间模拟试验系统配套的舱压调节系统设计，结合舱压稳定保持的需求，在分析影响舱压稳定的主要因素基础上，以真空舱内的压力信号为目标函数，确定了采用主、被动控制的补气和PID算法的控制策略；开展了仿真模拟计算和分析，实现了系统和结构的优化，满足了动力装置热试车试验的使用要求。
工程技术
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  基于AMESim的连续混配撬负载敏感液压系统仿真分析

  马学鹏, 史青, 黄周轩, 王才才, 杨家元

  液压与气动. 2019, 0(10): 109-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.018

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   在分析连续混配撬液添泵系统工作特点的基础上，选择负载敏感液压系统作为其液压动力系统。为验证连续混配撬负载敏感液压系统性能，利用AMESim仿真软件搭建连续混配撬液添泵液压系统仿真模型，得到泵出口压力、泵输出流量及功率变化曲线。结果表明：泵输出流量稳定时，泵出口压力与各负载中最大压力的差值为负载敏感阀的设定压力；流量按需分配，在泵最大流量允许范围内，泵输出流量始终随着系统所需流量的变化而变化；负载敏感泵输出功率始终与负载所需功率相匹配，系统具有无溢流损失、节能等优点。
综合应用
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  深海电视抓斗液压系统改进分析与应用

  夏雪

  液压与气动. 2019, 0(10): 114-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.019

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  电视抓斗依靠液压传动系统实现抓取动作，是深海矿物取样的重要装备。受液压系统集成化程度低、布局混乱等因素的影响，早期的电视抓斗体积大、质量大、能耗高，不能实时显示液压系统的工作压力等关键状态参数，无法直观掌握系统运行状态，给深海取样工作带来了诸多不便。通过改进液压系统组成结构、优化深海液压补偿容积参数等方式，提升了液压系统的动态性能，缩小了设备总体体积，降低了系统能耗，提高了工作稳定性，使电视抓斗便于使用和维护，提高了深海调查工作效率。
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  基于Creo二次开发的液压管路智能设计系统的研究与应用

  曾斌, 贺电, 尹子轩

  液压与气动. 2019, 0(10): 118-123. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.020

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  针对Creo软件中的Pro/ping模块无法满足复杂液压管路设计要求这一问题，对Creo软件进行二次开发。建立了完善的管路设计资源库，以解决原模块资源库匮乏的问题。提出软硬管联合设计的理念，实现了管路路径的快速设计与灵活调整。设计了具有优先级参考功能的管件选型模块，体现了智能设计的理念，解决了报表输出时多个物料对应同一编号的问题。通过与传统设计模式进行对比测试，验证了系统的可靠性和高效性，为工程行业解决液压管路设计问题提供了新的思路和方向。
理论研究
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  偏导射流液压放大器流量增益非线性研究

  左哲清, 程相, 郑悫, 陈祖希, 王书铭

  液压与气动. 2019, 0(10): 124-128. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.021

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  偏导射流液压放大器是偏导射流伺服阀中的核心组件，其性能一定程度上决定了整阀性能，流量增益是偏导射流液压放大器的一项关键特性。通过定性分析及理论推导相结合的方式，得出了偏导射流液压放大器流量增益非线性模型，该非线性与偏导板喷射口宽度及分流劈尖宽度有关。当偏导板位移较小时，流量增益为恒值；当偏导板位移达到喷射口宽度及分流劈尖宽度之和的一半时，偏导射流液压放大器的流量特性达到饱和。最后，通过对实物进行测试验证了模型的正确性。
综合应用
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  基于PLC控制的气压式家用电梯设计

  黄信兵, 刘小娟

  液压与气动. 2019, 0(10): 129-134. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.022

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  针对目前曳引式家用电梯存在的土建要求高、结构复杂等问题，基于可编程序逻辑控制器（PLC）控制技术，研发一种气压式家用电梯。通过对轿厢运动过程分析，提出由PLC控制换向阀的轿厢调速方案、运动导向方案、制动方案和压力实时调整方案。根据压缩空气的特点，提出了一种困人自救方案。根据过程原理，进行了电气原理图和软件控制流程的实现。实际生产应用表明：该电梯在占用空间、土建要求、安装成本、后期维护、自救等方面比曳引式电梯具有明显优势，在家用电梯市场应用前景广阔。
理论研究
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  单柱塞泵流量压力输出特性研究

  杨志春, 郁林聪

  液压与气动. 2019, 0(10): 135-140. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.10.023

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  现有的柱塞泵一般采用1个缸体同时集成多个柱塞，多个柱塞通过缸体耦合在一起，不能独立控制，多个柱塞只能按某特定规律运动，共同完成吸油和排油。在工作中，存在高效区域无法随负载动态调整和单液压泵不能同时输出多级压力匹配不同负载需求的缺点，为此提出一种矩阵式多单柱塞泵重组液压驱动系统。针对所提出新型液压驱动系统的前期探索研究，分析单柱塞泵流量压力输出特性，在详细阐述单柱塞泵结构特点的基础上，研究了单柱塞泵的工作原理。通过AMESim建立单柱塞泵的流量压力仿真模型，分析单柱塞泵的机电液的耦合特性和流量压力输出特性，讨论蓄能器和单柱塞泵的液压耦合特性，最后通过实验研究对单柱塞泵的特性进行验证。