2019年, 第0卷, 第12期　刊出日期：2019-12-15

  

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  重型锻造液压机流控新技术

  姚静, 曹晓明, 沙桐, 李瑶, 赵桂春, 薛雄伟, 董兆胜, 孔祥东

  液压与气动. 2019, 0(12): 1-14. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.001

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  重型锻造液压机是现代工业生产中必不可少的工作母机，其规格和装备水平通常被作为一个国家制造能力及经济与国防实力的重要标志。重型锻造液压机是机、电、液、测、控一体化的重要装备，在中国智能制造的大潮下，即将迎来全新的技术变革。研究总结了在重型锻造液压机流控领域，针对节能、数字化设计、超高压元件、高精控制和数字化锻造工厂等方面做的一些探索性工作，意在为重型装备的绿色化和智能化发展提供指导。
理论研究
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  基于局部s变换和极限学习机的柱塞泵滑靴磨损故障诊断

  励文艳, 程珩, 赵立红, 韩露

  液压与气动. 2019, 0(12): 15-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.002

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  针对轴向柱塞泵结构复杂、故障信号微弱且易受噪声干扰难以进行故障模式识别的问题，提出一种基于局部s变换和极限学习机的柱塞泵故障诊断方法，对不同程度滑靴磨损故障进行诊断。采集柱塞泵在正常和不同故障状态下的振动信号进行局部s变换，对不同的特征向量组进行定性和定量比较，选择提取s矩阵最大奇异值、转轴振动基频能量占比和柱塞振动基频能量占比共三维特征向量，将特征向量输入极限学习机完成故障模式的识别，识别精度可达99%以上。最后将极限学习机与支撑向量机分类结果进行对比，证明所提故障诊断方法可以用较少的特征向量获得较高的诊断精度。
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  高压气动系统负载容腔压力伺服控制仿真研究

  何文凯, 陈紫轩, 张轶, 高隆隆, 张迪嘉, 李宝仁

  液压与气动. 2019, 0(12): 22-27. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.003

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  为满足某气体发生系统安装空间小、重量轻、动态响应快、控制精度高等要求，设计了高压气动压力伺服控制系统，并采用高压电-气伺服阀实现了负载压力的高响应高精度控制。建立了系统数学模型，包括高压气瓶热力学方程、高压电-气伺服阀传递函数与流量方程、负载容腔压力变化与排气流量方程等子模型，并设计了反馈线性化PID控制器。基于MATLAB/Simulink平台建立了高压气动系统仿真模型，仿真研究了高压气瓶容积与初始气源压力、负载容腔排气孔通径等参数对系统负载压力控制性能的影响规律。研究结果为该系统的优化设计与实验研究提供重要理论依据。
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  电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制研究

  陈革新, 赵鹏辉, 刘小胜, 闫桂山, 艾超

  液压与气动. 2019, 0(12): 28-32. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.004

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  以电液伺服闭式泵控系统为研究对象，提高其位置控制精度及响应速度为目标，提出电液伺服闭式泵控系统位置前馈补偿控制算法。首先，对电液伺服闭式泵控系统数学模型进行推导，得出位置控制系统传递函数；其次，推导位置控制前馈补偿控制器，该控制器可依据系统运动轨迹变化实时补偿定量泵转速，实现系统高精度位置输出；最后，在电液伺服闭式泵控实验平台上，对系统的位置控制性能进行试验研究并给出定量分析。实验结果表明：前馈补偿控制器可大幅提高系统位置控制性能。研究成果将为电液伺服闭式泵控系统高精度位置控制奠定基础，对泵控技术的工程推广具有积极的意义。
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  利用三阶精度方法对气柱频率的研究

  方桂花, 高旭, 王鹤川

  液压与气动. 2019, 0(12): 33-37. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.005

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  有限差分方法可用于分析气动制动系统中管路部分气柱波动的问题，考虑管路中脉动是作为引起管路振动的主要原因。由于紧致插值方法在液流体的研究中相对成熟，而将该方法用于气动分析过程中。利用分析精度更高、稳定性更强的紧致插值方法对管路波动情况进行分析，经MATLAB软件进行仿真分析后，通过气动管路仿真分析频率的相对误差。研究表明：气动管路中的稳定气流通过紧致插值方法分析下的精确度更高，为后续分析管路中气柱的研究提供了有效的方法。
工程技术
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  微观织构配流副热-流-固耦合润滑特性

  胡山, 王兆强, 冀宏, 杨俭, 张恒运

  液压与气动. 2019, 0(12): 38-45. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.006

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  通过建立轴向柱塞泵配流副的几何模型，利用雷诺方程推导了配流副的油膜压力方程，采用有限差分法和松弛迭代法求解雷诺方程。利用FORTRAN语言编程求解，利用MATLAB语言对油膜厚度、压力、温度分布进行了仿真研究。结合油膜厚度方程、雷诺方程、能量方程、弹性变形方程、黏温黏压方程和密度温压方程，仿真微观织构配流副的热弹流润滑特性。研究表明：配流副油膜厚度增大，最大油膜压力减小，最高温度值减小；配流副的热-流-固耦合效果随油膜间隙收敛逐渐明显，在最小油膜厚度处达到最大，并且，油膜压力值达到最大；加工微观织构可以显著改变配流副的油膜压力和温度分布。
理论研究
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  基于Fluent的纤维过滤器内部流场数值模拟

  权洁, 陈浩, 孟庆睿

  液压与气动. 2019, 0(12): 46-50. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.007

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  为了研究滤层结构和滤速对纤维过滤器过滤效果的影响，针对不同工况，运用计算流体动力学软件Fluent中的多孔介质模型对纤维过滤器滤层的边界条件和计算参数进行设置，对过滤器内部压力场和速度场进行数值模拟，对计算结果进行分析与讨论。以圆柱形滤层结构为研究对象，详细分析半径、厚度及滤速对过滤器内部流场的影响规律。结果表明，压力损失随滤速和厚度的增大而增大,近似呈线性关系；滤层上部滤速稳定，中下部速度波动大，半径对滤层压力损失和速度的影响较小。
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  混合动力变速箱中比例电磁阀变频控制研究

  沙庆康, 向玉德, 田飞, 邓勇

  液压与气动. 2019, 0(12): 51-56. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.008

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  脉宽调制技术（PWM）依靠改变频率和占空比形成不同的目标电流，广泛用于比例电磁阀的驱动。但由于受到比例电磁阀磁路特性和脉宽调制技术的双重制约，使得比例电磁阀各项性能难以发挥，甚至影响整个液压系统的平稳运行。因此，根据目标电流变化以及控制环境不同而改变PWM频率的控制方法被用于驱动比例电磁阀。试验结果证明：使用变频的控制方法在维持比例电磁阀输出电流稳定的前提下，缩短了电流响应时间，维持了阀芯小幅颤振，降低比例电磁阀的功率损耗。
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  电液力伺服系统自适应抗扰控制研究

  李波, 芮光超, 方磊, 撒韫洁, 汤裕, 沈刚

  液压与气动. 2019, 0(12): 57-62. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.009

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  考虑到电液伺服系统中存有各种非线性因素、不确定干扰以及参数时变，为了提高干扰下电液力伺服系统的控制精度，以电液伺服振动实验台作为控制对象，构建其非线性模型，同时使用参数自适应率对不定参数进行补偿，并在反演控制器中引入滑模控制以降低系统的干扰敏感性，利用Lyapunov理论保证闭环系统的全局稳定。对设计的控制器进行实验，模拟在有未知外部位置干扰下的力控制，提升系统的稳定性。实验结果证明，此控制方法能够有效地提升电液力伺服系统的抗干扰跟踪性能。
综合应用
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  矿用胶轮车底盘测功机的优化及应用

  闫志超, 闫政, 吴娟, 李鑫鑫

  液压与气动. 2019, 0(12): 63-67. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.010

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  针对现有底盘测功机无法满足矿用胶轮车底盘动力性检测的问题，提出了通过优化滚筒的喷涂材料、直径和中心距的方法来实现上述检测。通过理论分析及现场检测试验，分析了胎压对台架试验的滚阻影响，并且提出矿用胶轮车底盘测功机滚筒机构的技术要求。试验结果表明：适当增大胎压能减小试验车辆的滚动阻力；滚筒表面喷涂硬质合金可提高附着系数；滚筒的直径为373 mm，中心距为520 mm为最佳，对矿用胶轮车底盘测功机的研究具有重要指导意义。
理论研究
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  多腔体软体驱动器负载抓持变形特性研究

  涂琴, 岳东海, 王延杰, 刘光新

  液压与气动. 2019, 0(12): 68-74. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.011

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  为揭示工作压力与负载的作用对多腔体软体驱动器变形的影响规律，建立了多腔体软体驱动器变形评价指标，包括末端轨迹、末端接触力、曲率半径和腔体拟合圆直径4个指标。基于不同负载和工作压力下的试验结果，采用拟合的方法建立了多腔体软体驱动器曲率半径与工作压力、负载的关系模型，并采用该模型对不同负载下的驱动器曲率半径变化曲线进行预测。分析结果表明，曲率半径拟合数学模型试算结果与试验结果吻合度较高。负载的增大使多腔体软体驱动器的末端轨迹变化范围明显减小、线性度增加；曲率半径随工作压力的增加呈指数下降的趋势，曲率半径和末端轨迹受负载作用的非线性都较强；工作压力和负载对腔体拟合圆直径的影响呈相反的趋势。该研究能为不同用途下多腔体软体驱动器的设计与精确控制提供参考。
工程技术
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  液压梭阀的耐久性试验研究

  郭勇, 龚孝平

  液压与气动. 2019, 0(12): 75-79. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.012

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  针对原有梭阀工作寿命低、泄漏量大等缺点，设计了一款新的梭阀。为了验证自制梭阀的性能，在高压脉冲疲劳试验台上对原有梭阀和自制梭阀进行了对比性试验验证。试验之前，验证了梭阀加载压力和流量的正确性。试验过程中，用量杯量取了原有梭阀和自制梭阀的泄漏量。整个梭阀的台架试验相比于实际工况而言环境更加恶劣。试验结果表明，自制梭阀泄漏量低，耐久性好，寿命优于原有梭阀。
综合应用
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  活塞杆轮廓尺寸的激光视觉测量

  要志斌, 王荣军, 蔺素宏, 智晋宁

  液压与气动. 2019, 0(12): 80-84. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.013

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  液压缸是液压传动系统中重要的执行元件，液压缸活塞杆的加工质量对液压缸的产品质量和设备安全具有重要意义。在活塞杆生产过程中，需要对活塞杆表面质量和尺寸参数进行实时、准确的测量，从而保证活塞杆的加工精度。针对活塞杆加工过程中的实际需求，开发了一种激光视觉轮廓检测系统,并对杆件轮廓进行了测量研究，同时提出一种基于Savitzky-Golay算法的异常值识别法来提高测量精度，从而实现活塞杆的加工过程中轮廓尺寸的快速、准确测量。
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  基于静液压传动的蓄电池轨道车电液混合加速策略

  刘桓龙, 冯磊, 李志伟

  液压与气动. 2019, 0(12): 85-94. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.014

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  为了解决蓄电池轨道车瞬时加速大扭矩引起的大电流冲击对蓄电池寿命和整车续航里程的不利影响，基于传统的静液压传动系统设计了一套新型的电液混合动力系统。首先，建立了电液混合动力系统的功率流数学模型，并根据轨道车的行驶特点对电液混合动力系统的工作模式进行划分；其次，基于加速工况仿真了不同电液功率分配比下的动力耦合特性，并指出研究轨道车能量管理策略的必要性；最后，理论分析了电液混合动力系统中影响蓄电池放电电流强度的因素，并据此制定了最小放电电流冲击的加速策略。运用AMESim-Simulink联合仿真平台对加速策略的可行性进行分析，仿真结果表明所设计的控制策略对轨道车加速时蓄电池的放电电流冲击有良好的抑制作用，且控制简单，实用性强。
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  基于AMESim的大型游乐设施—青蛙跳液压提升系统建模与同步研究

  王婉君1， 李巾锭2， 吕哲1， 张鹏1， 贺政豪1

  液压与气动. 2019, 0(12): 95-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.015

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  为提高大型游乐设施的安全性和可靠性，非均匀负载工况下液压提升系统双液压缸不同步的问题需要得到解决。以6人舱青蛙跳液压提升系统为研究对象，提出基于分流集流阀的同步方案，并根据液压提升系统的运行原理及其主要部件的性能参数，建立AMESim模型仿真分析。仿真分析表明，该同步方案能够在不影响系统稳定时间、不增加系统复杂度的前提下，显著改善液压缸的同步性能，将两侧液压缸运行速度同步误差控制在0.4%，活塞杆满行程时两侧液压缸相对位移约为0.019 m，完全满足安全运行的需要。
理论研究
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  考虑负载扰动的电液转向系统控制研究

  蔺素宏, 安高成, 郭宇航, 吴波涛

  液压与气动. 2019, 0(12): 101-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.016

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  针对农机的电液伺服转向系统，为了克服转向力对系统的影响，提高在各种路况下的跟踪精度，设计了一种基于负载力观测器的前馈和最优状态反馈控制复合控制策略。先采用Luenberger观测器对负载力进行在线估计，然后用线性二次型调节器（LQR）得到系统线性最优反馈控制律，最后把观测到的负载力前馈到系统输入来消除负载力的影响，提高伺服系统精度。仿真和试验结果表明，所设计的负载力观测器能迅速地跟踪实际值，基于观测器的前馈和最优状态反馈复合控制策略具有较高的跟踪精度和抗负载干扰能力。
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  硅流体芯片的仿真建模及几何参数影响分析

  周铖杰, 吴央芳, 夏春林, 王玉翰, 陆倩倩

  液压与气动. 2019, 0(12): 107-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.017

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  为研究硅流体芯片的特性，通过多物理场仿真得到了芯片输入电压与中间层杠杆机构输出位移之间的近似传递函数，结合AMESim软件进行了气路仿真研究。将气路仿真结果与实验结果进行对比，验证了仿真的有效性。利用气路仿真模型分析了静态增益和时间常数对双芯片结构阶跃响应及滞回特性的影响。使用多物理场仿真模型着重探讨了几何参数对V型电热微致动器的影响。仿真结果表明：致动器输出位移的大小主要与筋的倾角、跨长、对数有关，几何参数的改变对静态增益影响明显，时间常数主要与跨长有关。
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  基于线性跟踪微分器的数字阀电机控制系统

  朱家厅, 孟淑平, 张立娟, 程相

  液压与气动. 2019, 0(12): 114-118. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.018

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  数字阀的工作原理是驱动机构直接驱动阀芯运动，其动态性能由驱动机构决定，其中驱动机构集成了伺服电机和滚珠丝杠。由于集成了滚珠丝杠，一定程度上增加了驱动机构的转动惯量，进而影响了驱动机构的动态响应。区别于传统PI控制，引入了一种新型的二阶线性跟踪微分器，它在传统线性跟踪微分器的基础上进行了简化，在保证其动态效果的基础上降低了多参数调节的难度，实验结果表明，这种控制方法很好的解决了传统PI快速性和超调之间的矛盾。
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  比例电磁铁特性测试系统研究

  翁之旦, 雷蕾, 蔡红旭, 王世杰, 袁堂波, 金波

  液压与气动. 2019, 0(12): 119-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.019

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  比例电磁铁的静、动态特性与电液比例阀的工作点匹配有着紧密联系，其动态响应性能在高精度、高频响的液压控制系统中更是至关重要。为获取完整的电磁铁性能指标，根据相关标准研制了比例电磁铁特性测试系统。采用滚珠丝杠和步进电机构成高精度进给平台，通过多功能数据采集卡完成数据采集和驱动控制，并基于LabVIEW开发环境下的生产者/消费者模式搭建测试系统的上位机软件，最终实现电磁铁静、动态特性的自动测试与分析。实验结果表明，该测试系统功能全面，测试结果准确，能为比例电磁铁的研究设计提供实验支撑。
综合应用
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  应用于飞行环境的耳部压力平衡调节技术

  张智敏, 刘亚俊, 梁卫平, 张青

  液压与气动. 2019, 0(12): 125-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.020

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  飞行时机舱气压的急剧变化会导致中耳气压伤，为减轻其伤害，提出一种仿咽鼓管的耳部压力平衡调节技术，并据此设计飞行耳塞：设计仿咽鼓管通道的耳塞管道；利用上下浮动的球阀模仿咽鼓管自启闭功能。设定鼓膜外侧气压和气速的变化作为评价耳塞效果的指标，运用软件对飞机起降时气压和气速的变化进行数值模拟，并搭建实验平台对3D打印的耳塞模型进行实验观察上述变化。仿真和实验均验证了耳塞中的球阀对气压的调节和对气速的限制上的重要性，以及耳塞模仿咽鼓管设计的正确性。
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  溢流阀溢流损耗能量回收系统研究

  石勇, 潘炜, 张跃军

  液压与气动. 2019, 0(12): 132-136. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2019.12.021

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  溢流阀作为三大液压阀之一，广泛应用于各种液压系统中，其出口一般接油箱，进口压力由用户设定；溢流阀阀口压差即为进出口压力差，压力等级越大，阀口压差损耗越大，溢流阀口的损耗压差被认为是不能降低的。研究提出一种通过在溢流阀的出口连接能量回收装置的结构方案，通过能量回收单元提高溢流阀的出口压力，降低比例溢流阀进出口压差的方法来降低溢流能量损耗。利用CFD软件建立比例溢流阀的流场仿真模型，分析了能量回收单元对溢流阀稳态液动力的影响。搭建了溢流损耗能量回收试验平台，试验结果表明：采用能量回收单元提高溢流阀出口压力后，不仅大大降低了溢流阀阀口的能量消耗，同时也降低了作用于阀芯的液动力和调压偏差，而溢流流量基本不受影响。