2020年, 第0卷, 第12期　刊出日期：2020-12-15

  

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理论研究
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  航空柱塞泵配流副磨损模型与寿命预测

  陈远玲, 班成周, 刘银水, 张阳, 张毅, 高骁卿

  液压与气动. 2020, 0(12): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.001

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  针对航空柱塞泵配流副磨损失效问题,基于Archard方程和流-热-固耦合方法,建立一种适用于高速高压条件下的航空柱塞泵配流副摩擦磨损预测模型。考虑配流副流体压力、温度和固体之间耦合效应对磨损的影响,首先建立配流副流-热-固耦合模型,通过有限元法求解得到配流副油膜压力和温度场,将其作为磨损预测模型的边界条件;然后通过配流副泄漏流量与油膜厚度之间的关系,对配流副磨损失效寿命进行预测分析。预测结果表明:航空柱塞泵在转速10000 r/min、出口压力28 MPa条件下,配流副的磨损失效寿命在2000 h以上;但随着转速和压力的升高,配流副磨损失效寿命明显缩短,在转速15000 r/min、出口压力35 MPa条件下,配流副磨损寿命仅为450 h。由此提出一些提高配流副磨损寿命方法,该预测模型对高速高压航空柱塞泵配流副的设计具有一定的指导意义。
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  基于Weibull分布的大型风机液力变桨系统可靠性评估

  崔策, 石新发, 贺石中, 李秋秋, 康鑫硕

  液压与气动. 2020, 0(12): 8-13. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.002

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  分析大型风机液力变桨系统的失效特性,基于三参数Weibull分布函数拟合可靠性衰变规律,通过建立极大似然方程组对函数参数逐一求解。采用遗传算法优化求解过程,并在遗传算法种群迭代过程中动态修正个体的交叉及变异概率,以解决适应度发散的问题。结合实际数据,计算得出大型风机液力变桨系统的三参数Weibull分布可靠性函数,并将其与二参数Weibull分布拟合结果进行对比。结果表明,基于三参数Weibull分布的时变失效率估算结果的适应性更高,避免了在失效初始阶段的不合理估计,能够更好地模拟大型风机液力变桨系统的失效特点。
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  电液位置伺服系统自抗扰控制研究

  司国雷, 神英淇, 王嘉磊, 曹太强, 万敏

  液压与气动. 2020, 0(12): 14-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.003

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  由于电液位置伺服系统中存在不易获得精确数学模型、参数摄动以及外部未知扰动等问题,采用了一种改进自抗扰控制方案,充分利用系统已知信息,将系统位置误差作为控制器输入,以减小因扩张状态观测器产生的相位滞后,进而提高系统响应速度。同时对系统位置误差进行观测并予以补偿,并将系统高阶项以及未知扰动视为总扰动,以简化控制器结构,最后采用MATLAB与AMESim进行联合仿真。结果表明,所设计的一阶非线性自抗扰控制器能够实现系统的快速响应及精度控制,相较于改进前,响应速度提升47.62%,跟踪误差降低44.44%,与PID控制相比,响应速度提升了60%,跟踪误差降低了58.34%,对未知扰动等因素有良好的抑制能力,拥有更优良的控制品质和鲁棒性。
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  基于压力反馈纯电驱动装载机专用电液换挡系统及控制策略研究

  郭桐, 蔡少乐, 陈其怀, 林添良, 陈海斌, 付胜杰, 郭海波

  液压与气动. 2020, 0(12): 22-29. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.004

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  鉴于纯电驱动和传统驱动方式的差异,考虑到工程机械工况复杂多变、负载波动剧烈的特点,现有的动力换挡控制无法很好地适用于纯电驱动工程机械。针对某5 t纯电驱动装载机,提出了一种基于压力反馈的电液换挡系统及控制策略。通过分析换挡规律,根据现有动力换挡变速箱,结合电传动技术及电液控制系统,提出了基于压力反馈控制驱动电机工作在转速、转矩模式,实现了对离合器充、泄油过程中扭矩相自适应和惯性相调速。利用AMESim建立了机电液仿真模型,仿真结果表明:所提出的控制策略能大幅度改善换挡冲击度、滑摩功以及换挡时间。
工程技术
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  液压缸密封圈磨损量与内泄漏量的映射关系研究

  薛旭飞, 谷立臣, 程冬宏, 孙昱, 耿宝龙

  液压与气动. 2020, 0(12): 30-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.005

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  基于修正后的Archard磨损方程结合间隙泄漏理论建立活塞密封磨损泄漏映射模型,利用Workbench有限元软件分析了活塞密封圈不同磨损程度对密封性能的影响及油液压力变化对密封泄漏的影响规律。结果表明:随着密封圈磨损程度增加,主密封面最大接触压力减小而密封宽度增大,液压缸内泄漏量呈指数级增加。该研究对活塞密封磨损状态评估与监测具有重要的理论指导意义。
理论研究
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  核岛支架安装车升降臂机液耦合动力学建模

  刘志双, 李科军, 施发永, 苏杰, 代四飞, 张富榕

  液压与气动. 2020, 0(12): 37-43. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.006

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  为研究核岛支架安装车双平行四边形升降机构内在的复杂动态特性,需建立升降臂工作过程准确的动力学模型。通过分析升降臂结构组成和工作原理,运用AMESim平面机构库的转动铰、刚体杆件和移动铰等单元,建立升降臂机械系统多体动力学模型;利用AMESim标准液压库的变量泵、负载敏感阀和油缸等单元,建立升降臂液压系统驱动力模型;根据油缸和移动铰的输入输出状态变量相互作用关系,建立升降臂机液耦合动力学模型。仿真分析升降臂起升过程的动力学性能,并搭建试验平台进行测试。研究结果表明:升降臂起升初始阶段,系统压力有一定振荡,但最终趋于平稳;双平行四边形机构转角方向相反,转角大小相等,能够实现支架垂直升降;油缸工作压力、连杆转动角度的数值模拟结果能与试验结果较好吻合,利用该模型可以预测铰点约束力等状态变量的动态特性,为进一步分析和优化升降臂动力学性能提供参考。
工程技术
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  纯电驱液压挖掘机复合动作电液能量回收再利用系统研究

  李洁, 程珩, 权龙, 郝云晓, 关澈

  液压与气动. 2020, 0(12): 44-50. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.007

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  为了改善纯电驱液压挖掘机工作过程中大量能量浪费的情况,提出一种基于超级电容和蓄能器的挖掘机复合动作能量回收与再利用系统。首先对该系统的主要元件进行参数匹配和泄漏分析,然后基于SimulationX平台建立某6 t纯电驱液压挖掘机能量回收再利用系统仿真模型,对标准工况下的一个循环周期进行运行及能耗特性的仿真研究。结果表明,该系统比原纯电驱液压挖掘机系统实现了29%的节能,达到了良好的节能效果。
综合应用
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  三轴六自由度液压振动台性能分析

  蔡佳敏, 张兵, 黄华, 汤少东, 朱方正, 韩俊伟

  液压与气动. 2020, 0(12): 51-57. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.008

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  性能分析是三轴六自由度液压振动台交付使用之前必须进行的工作,主要包括:加速度波形失真度、信噪比、不均匀度和横向比,位置波形失真度等。围绕上述性能分析范畴并结合振动试验相关技术规范,给出各性能指标测试和计算方法,并对所研制的振动台进行大量实验以评估各个性能参数;研究结果表明,所研制的液压振动台满足加速度不均匀度不大于15%、信噪比大于45 dB、失真度不大于15%、横向比不大于15%和位移波形失真度不大于5%的设计预期,为研制和使用三轴六自由度振动台提供技术参考。
理论研究
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  空间软体螺旋抓手变形预测方法的研究

  霍前俊, 刘胜, 张远飞, 徐青瑜

  液压与气动. 2020, 0(12): 58-63. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.009

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  传统的多指协作软体抓手由于夹持力不足的问题,难以夹取细长物件。提出“Y”字形抓手,该抓手在气压作用下产生螺旋变形,对细长的物体进行缠绕而达到抓取物体的目的。但目前缺乏适合的方法来研究软体抓手的空间螺旋变形。应对这一问题,在分析软体驱动器平面变形原理的基础上,提出投影等效法;其次基于平面抓手与空间抓手在弯曲变形上所存在的几何关系建立了气压与螺旋变形曲线的非线性数学模型;最后开展对空间螺旋抓手的有限元仿真。结果表明,基于投影等效法所建立的数学模型能够较好的预测抓手的螺旋变形曲线,为预测空间软体螺旋抓手变形提供参考。
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  压电驱动液体柔性盲文点显装置设计与测试

  田晓超, 王海刚, 王虎, 徐安俊, 吴越, 杨志刚

  液压与气动. 2020, 0(12): 64-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.010

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  为了实现盲文点显器输出柔性字符,设计了一种压电驱动流体柔性盲文点显装置。该装置利用压电振子振动激励腔内流体发生共振,压缩流体实现位移驱动能力,形成盲文字符点。首先对装置结构设计和工作原理进行了说明,驱动流体采用液体;然后对系统进行动力学分析,推导出柔性薄膜和压电振子输出位移以及放大比的表达式,确定影响输出位移和液体放大效果的结构影响参数;最后对系统进行了实验测试。结果表明,流体腔直径为31 mm,高度为8 mm,配重块尺寸及质量为10 mm×6 mm×4 mm,11.75 g,充水量为8.8 mL时,共振频率为365.4 Hz,柔性薄膜形成触点输出位移为0.214 mm,满足盲人触摸敏感标准要求。验证了用此种方式构造盲文触点装置是可行的、有效的。
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  基于SimulationX的液压功率分流无级变速箱建模与仿真

  韩双蔓, 倪向东, 鲍明喜, 赵新, 李申, 王光明

  液压与气动. 2020, 0(12): 69-74. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.011

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  为提高车辆驾驶舒适性,减少液压功率分流无级变速器换段次数,提出一种基于拉维娜行星齿轮结构设计的液压功率分流无级变速箱设计方案。首先,进行速比匹配,建立了变速箱传动方程,确定其主要参数取值;其次,基于SimulationX平台建立了泵控液压马达、湿式离合器等变速箱关键模块的物理模型,搭建起整体动力学仿真变速箱仿真平台;最后,基于所构建的模型对变速箱传动连续特性和调速特性等进行了仿真分析。仿真结果表明:所设计的变速箱结构紧凑,仅采用单个汇流行星排就能实现6～56 km/h范围内的无级调速;各工作段速比呈等比式增长,能够在较短时间内完成调速,符合设计要求。
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  泵用机械密封端面结构对流场特性的影响分析

  李宁, 穆塔里夫·阿赫迈德

  液压与气动. 2020, 0(12): 75-80. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.012

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  依据泵用机械密封动、静环端面结构的夹角大小,建立平行、收敛、扩散三种间隙类型的流体膜三维模型,通过添加实际工况条件下的边界条件,数值模拟其流体膜的压力、承载力分布规律,结果表明,平行间隙中流体膜压力呈线性分布,而收敛、扩散间隙压力呈非线性分布,且收敛间隙中的流体膜压力大于扩散间隙中的压力;而平行间隙流体膜承载力要大于扩散间隙,而小于收敛间隙;同时探究了端面间夹角大小,转速对流体膜压力和承载力的影响规律,探究结果为泵用机械密封端面间隙类型的选择提供了理论指导,也为后续密封环变形对流场特性影响的研究打下了基础。
综合应用
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  扑翼飞行器的动力特性及其气动性能

  张焱, 侯悦民, 王思琪

  液压与气动. 2020, 0(12): 81-88. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.013

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  在现代的扑翼飞行器的设计和制作当中,动力学性能和气动力学性能是影响其飞行性能的重要指标。为了更好的研究扑翼飞行器的飞行性能,通过ADAMS运动学仿真,设计了6组不同杆长的实验以获得扑击幅度更大的扑翼及其角度、位置等动力学特性,并通过Fluent重叠网格的仿真,将MATLAB拟合的翼型模型导入其中以探究其升阻力特性,获得相关的气动力学性能与仿真结果,包括速度云图、压力云图以及扑击的速度和频率对升阻力系数的影响,最后目标是得到提高扑翼飞行性能和扑动幅度的方式。
工程技术
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  基于连续回转电液伺服马达模糊RBF神经网络控制研究

  范文静, 王晓晶, 孙培元, 何超群, 刘亚楠, 李岩

  液压与气动. 2020, 0(12): 89-95. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.014

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  针对仿真转台用连续回转电液伺服马达,由系统的非线性和摩擦、泄漏等外界因素导致的不确定性,严重影响了连续回转电液伺服马达的控制精度,提出了一种模糊RBF神经网络控制策略。将RBF神经网络的学习能力引入模糊机制中,利用神经网络高效的非线性拟合能力以及基于专家经验的模糊规则,以避免RBF神经网络的权值更新陷入最优解,同时选择遗传算法优化模糊RBF神经网络的中心宽度、阈值和权值的初始值,以提高控制算法的收敛速度以及收敛精度;最后通过仿真对比说明,该控制算法较PID更能有效提高系统的低速稳定性,拓展系统的频响,实现伺服系统的精确控制。
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  基于Fluent的内曲线液压马达滚子副油膜温度特性分析研究

  杨国来, 郭霁贤, 张国强, 何皓, 李晗

  液压与气动. 2020, 0(12): 96-101. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.015

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  针对内曲线径向柱塞式液压马达滚子副静压支承油膜温升问题,以降低静压支承油膜温升、提高马达的动态使用特性及使用寿命为目的,对柱塞滚子组件的油槽结构进行初步优化设计,基于L₉(3⁴)正交试验,以温升作为评价指标,利用Fluent软件对9组不同结构参数的模型进行数值计算,并采用极差分析法处理试验结果,得到油槽结构参数的最佳组合。试验结果表明:油槽长度对温升的影响最为显著。在马达正转时优化后的油膜温升下降了16.315 K,在马达反转时优化后的油膜温升下降了13.185 K,达到优化目标,为静压支承油膜结构优化提供了一定的理论支持。
综合应用
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  声固耦合系统的某消声器结构性能研究

  刘文瑜, 罗卫东

  液压与气动. 2020, 0(12): 102-107. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.016

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  消声器是排气系统的末端,若是壳体开裂会泄漏高温气体甚至火星,这种情况在危险品运输车上应极力避免。为了探究某消声器在声腔与结构相互作用下的结构性能,根据实物用有限元法建立了结构和声腔的三维模型,使用Virtual.Lab软件建立了声固耦合模型并进行计算分析,对结构模态的频率和变形位置以及耦合模态中频率和振型的变化进行了详细分析。结果表明:耦合作用会影响原结构各阶模态的频率值及振型;其中一个系统在模态频率处振动会引起另一个系统产生振动,二者的相互作用就会影响原系统的模态频率和振型特征;第1阶耦合模态频率113.337 Hz大于发动机激励频率106.67 Hz,不会发生共振。
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  分流管对抗性消声器性能影响研究

  刘智建, 张杰, 姚新改, 郭文亮

  液压与气动. 2020, 0(12): 108-113. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.017

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  抗性消声器的声学性能与空气动力学性能互相制约,为了提高抗性消声器的空气动力学性能,采用CFD法对添加了分流管的单腔体及多腔体扩张式消声器进行阻力损失分析。对比不同结构因素对阻力损失和传递损失的影响,结果表明:气体在扩张腔中分流可以起到降低阻力损失的作用;对于分流管单腔体消声器空气动力性有所提升但声学性能有所降低;对于分流管双腔体消声器空气动力性和声学性能均有所提升。此外采用CFD+Virtual.Lab 联合仿真方法对各个结构的偶极子气动噪声进行分析,结果表明消声器复杂的内部结构在提升空气动力性的同时会增大气动噪声。
理论研究
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  液压换向阀径向稳态液动力的研究

  王晓凯

  液压与气动. 2020, 0(12): 114-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.018

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  为进一步研究液压换向阀的径向稳态液动力,通过对液压换向阀内部流体整体建模并考虑间隙内泄,由伯努利方程得出了径向稳态液动力的求解方式;运用CFD软件Fluent进行了可视化分析,以阀对称面的x方向以及阀芯周向为切入点,详细研究了阀芯所受径向力。结果表明,由于换向阀结构仅是平面对称而并非轴对称,液体流动会在阀芯台阶和阀杆处造成不均匀分布的液动力,导致阀芯呈整体偏心趋势并产生液压卡紧力, 对滑阀卡紧力补偿时应予以考虑。
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  基于T-S故障树的数控加工中心液压托架升降系统可靠性分析

  张勇, 何振杰, 张敬芳

  液压与气动. 2020, 0(12): 118-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.019

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  液压系统可靠性分析主要有故障树、故障模式影响与致命性分析、贝叶斯网络等方法,由于历史数据的缺乏及系统工作环境的变化,使得部件故障发生概率为精确值的假设难以成立,而模糊理论的引入,有效解决了这一问题。通过分析THMC6350双工位卧式加工中心液压托架升降系统工作原理,构建了其系统失效时的Takagi-Sugeno(T-S)模糊故障树模型,解决了故障数据缺乏及故障机理不确定问题,进而对系统进行可靠性分析,求得液压托架升降系统在不同故障状态时的故障概率、各底事件概率重要度和关键重要度,为设备故障诊断提供可靠依据。
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  基于转角速度位移的液压复合控制策略

  何建海, 张建霞

  液压与气动. 2020, 0(12): 125-131. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.020

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  针对风帆液压控制过程中液压冲击对风帆系统的影响,提出了油缸速度前馈和风帆转角位移综合协调控制方案,按照所规划的运行速度位移曲线,采用所构建的速度前馈模型来实时控制调节运行过程中转角速度,同时在转角位移控制上采用了单神经元控制方法。通过对风帆转角速度位移复合控制的液压策略仿真试验研究表明,在不同转动速度要求及不同负载力情况下,风帆能够在速度前馈控制下较好的按照规划转角速度曲线运行并稳定转动到所需角度,实现了无速度冲击控制,证明该复合控制策略的有效性。
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  基于动压效应的柱塞泵滑靴副润滑特性仿真分析

  王月鹏, 陈先勇, 曹华威, 宋博, 李嘉

  液压与气动. 2020, 0(12): 132-142. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.021

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  针对柱塞泵滑靴副的润滑问题,考虑动压效应给出了滑靴副润滑特性的数值求解方法,并基于该方法对其润滑特性进行了仿真分析。以某型柱塞泵滑靴副为研究对象,在动压效应分析基础上给出滑靴副润滑特性求解方法,实现油膜压力和油膜厚度的计算;其次,进行动压效应的数值仿真计算,验证了求解方法的有效性;最后,基于该方法进行了动压效应、油膜压力分布影响因素等仿真分析。结果表明:滑靴副油膜承受了静压、动压混合的支承力,动压效应不可忽视。另外,中心油膜厚度和滑靴最大倾斜角是油膜动压效应的主要影响因素。所得出的结论对高性能柱塞泵的设计及仿真研究具有一定的工程实践意义。
综合应用
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  滤芯元件实际寿命的评估

  金涛, 杜传斌

  液压与气动. 2020, 0(12): 143-146. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.022

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  过滤器是液压系统中控制固体颗粒污染的主要元件,需要频繁维护。由于滤芯元件的实际寿命无法在实验室得到验证,提出了将过滤器试验数据与实际工况数据相结合,基于滤芯元件极限压差相等的原则,建立了纳污容量与实际寿命的评估对应关系,对正确评估滤芯元件的实际使用寿命或清洗间隔时间有指导意义。
工程技术
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  基于不同信号类型的采煤机滚筒位置控制性能研究

  冯铃

  液压与气动. 2020, 0(12): 147-152. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.023

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  为实现采煤机滚筒位置精确调整,建立了滚筒位置控制系统开环传递函数,基于Simulink搭建了采煤机滚筒位置仿真模型,分别采用果蝇算法和Ziegler-Nichols算法对PID控制器参数进行优化,对系统施加不同信号模拟采煤机实际工况,研究了两种算法对滚筒位置控制性能的优化效果。结果表明:基于果蝇算法优化的系统阶跃响应超调量、调整时间、稳态误差等指标均减小,系统正弦响应平均跟踪误差缩小45%以上,系统随机响应曲线波动范围均减小,因此基于果蝇算法优化的系统在工况变化时具有较强的鲁棒性。
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  基于AMESim的装载机换挡冲击影响因素的研究与优化

  范久臣, 孙雪梅

  液压与气动. 2020, 0(12): 153-160. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.024

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  为了解决装载机液力传动系统换挡过程中的换挡冲击问题,研究了换挡过程的工作原理,分析换挡过程的动力传递特性;利用AMESim软件建立样机行走传动系统的仿真模型,通过实验与仿真分析对比,验证了仿真模型的正确性;分析样机离合器充油压力、传递扭矩和冲击度等动态特性,结合理论分析得到换挡过程中产生冲击的主要原因,提出优化方案并进行了实验验证。结果表明:合理控制离合器的充油压力及转速比变化率可以降低整机冲击度,改善换挡品质,为今后离合换挡的优化设计提供可靠依据。
理论研究
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  新型数字伺服阀设计与仿真分析

  岳巍

  液压与气动. 2020, 0(12): 161-166. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.025

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  基于二位开关阀设计了一种数字式伺服阀和4组n位数字式伺服阀系统,并对数字式伺服阀的容错性进行了介绍。根据数字式伺服阀的编码特性,讨论了其控制方法,包括标准控制和广义控制。在上述分析的基础上,搭建了数字式伺服阀控制仿真系统,进行了其静态特性仿真、频率特性仿真和控制特性仿真,验证了其闭环控制性能和跟踪性能。最后,设计的新型数字伺服阀满足设计要求,并总结分析了其优缺点。
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  飞机液压系统污染控制研究

  温育明, 张垚, 汪艳

  液压与气动. 2020, 0(12): 167-172. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.026

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  以某型飞机液压系统污染控制为研究对象,首先介绍了液压系统污染物的来源,即外部侵入的污染源和液压系统内部产生的污染源,然后从设计阶段污染控制、制造阶段污染控制和使用维护阶段污染控制3方面开展了研究,其中重点介绍了设计阶段液压油滤、单向限流活门组件和液压油箱的设计情况。此外还对液压油的采样和检测进行了深入地研究,对比了当前采样和检测的主要方法。外场使用统计情况表明,某型飞机液压系统污染控制取得了初步成果。最后总结了当前飞机液压系统污染控制存在的主要问题及解决措施。
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  基于CNN+LSTM神经网络的电液伺服阀故障预测

  贾春玉, 康凯旋, 高伟, 杨东, 陈立娟, 艾超

  液压与气动. 2020, 0(12): 173-181. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2020.12.027

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  针对电液伺服阀故障预测中故障类型复杂多变、早期故障较弱、时间序列难以处理等问题,构建了卷积神经网络(CNN)和长短期记忆神经网络(LSTM)相结合的电液伺服阀故障预测模型,取代人工特征选择和提取,解决故障预测的时序问题。以G761型电液伺服阀为例,利用AMESim软件对伺服阀阀芯磨损和孔板堵塞故障数据集进行了仿真,并用仿真故障数据验证了模型的预测精度。同时将LSTM,CNN,CNN+LSTM 3种模型针对电液伺服阀故障预测诊断的精度进行对比,CNN+LSTM故障预测模型训练时间更快,得到更高的预测精度,具有更好的适应性。