2022年, 第46卷, 第1期　刊出日期：2022-01-15

  

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专题
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  离散数字液压高效防滑刹车算法

  吴帅, 王易, 靳红涛, 焦宗夏

  液压与气动. 2022, 46(1): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.001

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  飞机刹车系统是重要的飞机子系统之一。液压刹车系统是目前主流的飞机刹车系统,通常采用电液伺服阀作为刹车控制阀。针对电液伺服阀对污染敏感,易堵塞,造成机轮打滑、抱死等重大事故的缺陷,设计了一种离散数字液压飞机刹车系统。对飞机刹车过程进行分析并建立了数学模型,基于数学模型搭建了飞机刹车半实物仿真系统。提出了一种离散数字液压高效防滑刹车算法,通过控制开启数字阀的组合形式,进而控制刹车及打滑过程中压力变化的速度,有效实现防滑刹车,并在搭建的半实物仿真系统中得到了验证。
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  生物流体驱动系统及其仿生

  郝歆, 王影杰, 刘思佳, 金苗, 马文星, 任雷, 刘春宝

  液压与气动. 2022, 46(1): 8-15. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.002

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  大自然一直启发着人类在工业上的成就,仿生学越来越多地应用于流体驱动技术。对拥有流体驱动系统的生物相关研究进行了介绍,并总结了利用流体实现优美敏捷动作的机理。总结得出生物流体驱动系统的存在需要3个特征:动力源、腔体和工作介质。其中动力源类似于液压泵,腔体类似于液压缸,工作介质类似于液压油。对生物流体驱动系统的深入研究和探索,可以为解决流体驱动系统使用面临的挑战提供参考;并探讨了流体驱动系统仿生应用与未来发展的新思路,促进使用生物启发的方法,改善工程流体驱动系统。
理论研究
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  深海刚柔组合负压吸附装置的力学特性与吸附效果分析

  杨宇航, 张增猛, 陈英龙, 弓永军

  液压与气动. 2022, 46(1): 16-22. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.003

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  柔性吸盘被广泛用于陆上气动负压系统中,但对于深海高压环境来说,柔性材料抵抗外界压力的能力较差,导致其过度变形,吸盘有效作用面积减少,吸附能力减弱甚至丧失。通过综合考虑柔性吸盘的良好密封特性及刚性吸盘有效作用面积不变的特性,设计了一种由柔性吸盘、刚性吸盘及卡箍组成的吸盘形式,通过有限元仿真分析了吸盘的密封性能和预紧力情况,确定了吸盘的尺寸和选型,并搭建了试验台,对吸盘的预紧力、密封性能和吸附力进行了试验。结果表明:吸盘在预紧力为390 N时完全变形,此时吸盘在外界环境压力11 MPa,吸盘内部压力1 MPa的情况下,15 min内吸盘内部压力没有发生变化,吸盘没有发生泄漏,且可以提供至少15000 N的吸附力。
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  单动力源驱动四配流窗口轴向柱塞马达特性分析

  成杰, 高有山, 黄家海, 权龙

  液压与气动. 2022, 46(1): 23-30. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.004

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  工程机械回转机构能量回收主要通过外接元件的方式进行,系统复杂。新型四配流窗口轴向柱塞马达提供了一种简化系统的解决方案,具有双进油口独立驱动柱塞马达的特点。对新型四配流窗口轴向柱塞马达在单动力源驱动工况下设置多种变量进行讨论,并分别分析马达柱塞腔压力-流量特性、油液脉动特点、马达输出轴扭矩转速变化规律和油口D加载工况下新型马达的各项特性。研究成果可以为项目样机试制、配流盘结构优化及样机在该工况下调试提供有效的理论支持。
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  超低比转速复合式离心泵内部流动特性分析

  李祥阳, 曹鹏, 晁文雄, 刘书岩, 陶佳欣, 郗艺婷

  液压与气动. 2022, 46(1): 31-40. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.005

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  为研究超低比转速复合式离心泵内部流动特性,以一台比转速为16、半开式复合叶轮离心泵为研究对象,应用ANSYS-Fluent19R1软件对模型泵进行三维全流场数值模拟计算,得出泵内部流场及作用在叶轮、蜗壳上的径向力分布规律。结果表明:在不同流量工况下,随着流量的增加,在隔舌附近出现较大的压力梯度;在长叶片与短叶片相间隔流道内低速区面积较大、叶轮出口处分布较多的旋涡;当流量从0.2倍增加至1.8倍额定流量时,作用在蜗壳上的径向力幅值逐渐减小,作用在叶轮上的径向力幅值先减小后增加,在1.0倍额定流量时径向力幅值达到最小,而后增大。为超低比转速复合式离心泵的设计优化提供参考。
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  表面织构特征对其摩擦润滑特性的影响

  何涛, 李金苗, 王传礼, 陈强曼, 沈浩, 黄森

  液压与气动. 2022, 46(1): 41-50. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.006

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  为研究织构阵列的形貌、排布方式对织构化滑动摩擦副摩擦学特性的影响,利用三维CFD仿真方法,基于Navier-Stokes(N-S)方程建立不同形貌、排布的织构阵列摩擦副的润滑模型,分析不同形貌及排布方式对压力分布和承载特性的影响;在此基础上,研究6种形貌、2种排布方式织构的润滑特性及摩擦性能。结果表明,流体流入收敛楔产生正的流体动压,流入发散楔产生负的流体动压,规则排布的织构单元摩擦性能优于错开排布的织构单元。在最优的雷诺数条件下,不同形貌的织构单元平均摩擦系数随面积率的增加而减少,菱形织构和球冠形织构面积率从4.5%增加到12.5%时,摩擦系数分别降低了81%和76%。因此,合理的选择织构形貌、尺寸有助于改善织构化滑动摩擦副的摩擦学特性。
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  气动系统换向冲击压电俘能特性

  张添, 史伟杰, 杨传辉, 高公如, 叶桂友

  液压与气动. 2022, 46(1): 51-57. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.007

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  为充分利用气动系统管路产生的压力冲击,提出了一种基于压电材料的正压电效应压电俘能器,搭建了基于该俘能器的实验测试系统,研究了气体压力、换向时间对该俘能器俘能特性的影响。结果表明,在气体动载荷激励下,压电俘能器内的压电片产生了弯曲形变,俘能电压与形变变化密切相关;气体压力值增大时,峰值电压、峰值功率升高;而随着换向时间的改变,峰值电压、峰值功率未有显著变化。
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  绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机

  周强, 肖体兵, 刘建群, 张永康, 邹大鹏

  液压与气动. 2022, 46(1): 58-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.008

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  为弥补物理样机参数修改和试验结果观察不便、运行成本高等不足,开展了绞车型升沉补偿模拟试验台虚拟样机的研究。在Simcenter 3D motion中完成多体动力学模块建模,用AMESim完成液压控制系统建模,在主仿真平台MATLAB/Simulink中完成主控制器的建模,最后基于联合仿真接口实现3个软件的联合仿真,搭建了试验台的虚拟样机。仿真与试验结果对比表明,所建立的试验台虚拟样机模型准确,能较真实反映原物理样机模型,为进一步优化绞车型升沉补偿系统的设计参数和控制策略、提高补偿精度提供了验证平台,同时该虚拟样机搭建方法也为其他复杂机电液系统的仿真提供有益参考。
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  钟板对液压悬置特性的影响

  林智宏, 吴明忠, 陈云潇

  液压与气动. 2022, 46(1): 65-73. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.009

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  为揭示钟板数量对液压悬置特性影响,首先,根据液压悬置结构搭建解耦膜、节流盘以及新节流盘液压悬置数学模型,同时分析钟板数量对液压悬置动态特性影响;其次,在高低频状态分析钟板数量对惯性通道、解耦膜通道流量以及上腔压力响应的影响;最后,分析节流盘和新节流盘液压悬置在钟板处的流量和压力响应。计算表明:低频时3种液压悬置的动态特性几乎相同,随着钟板数量增加悬置动态刚度和滞后角略有减小;在节流盘液压悬置的基础上增加钟板不影响解耦膜通道流量和上腔压力响应,但影响悬置的刚度和滞后角。
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  磨料水射流抛光技术进展综述

  林琳, 何周伟, 胡涛, 尤晖

  液压与气动. 2022, 46(1): 74-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.010

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  磨料水射流抛光技术具有加工材料范围广、无热加工影响、能满足非线性与复杂曲面零件需要的高形状精度和高表面粗糙度要求等优势,在精密加工领域具有良好的研究价值和应用前景。首先对加工质量高敏感的工艺参数,如射流动能、喷嘴结构、磨料类型、加工路径等研究进行综述,总结了不同材料加工的工艺参数,分析了不同形状的去除函数加工的适用性;然后对磨料水射流与其他技术结合而衍生出的一系列新技术进行了总结,比较各种新技术的特点;最后对磨料水射流加工及其材料去除函数模型研究的发展趋势进行预测。
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  渐变节流式液压缓冲器特性分析及优化

  尤小梅, 陈庆尧, 孟磊

  液压与气动. 2022, 46(1): 92-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.011

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  针对目前某型车辆渐变节流式液压缓冲器缓冲特性分析及结构优化的问题,提出了一种免疫算法优化缓冲器关键结构的方法。建立了某型车辆渐变节流式液压缓冲器数学模型,运用龙格-库塔法求解微分方程,得出缓冲特性曲线并分析不同参数对缓冲特性影响;基于此,以缓冲器缓冲效率为目标,以阻尼孔半径、长度及节流杆初始半径为优化变量,采用免疫算法进行结构优化。结果表明,优化后缓冲效率提升4%左右,最大缓冲力降低15.6%左右,最大缓冲行程增加15%左右,验证了该方法的有效性和高效性。
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  考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

  马纪明, 王梓腾, 王凯落

  液压与气动. 2022, 46(1): 101-108. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.012

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  由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。
综合应用
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  步履式全地形六足机器人

  杨政, 马春燕, 窦银科, 王煜尘

  液压与气动. 2022, 46(1): 109-116. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.013

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  为解决机器人复杂崎岖地形难以行进的问题,设计了步履式全地形六足机器人。系统以STM32F407ZGT6单片机为控制核心,通过EPM1270T144I5舵机和直流减速电机驱动板,控制DS3120MG型舵机带动机器人的运动关节以及控制5GA370型直流减速电机驱动履带小车;同时引入H083-0605TC型导电滑环与挂胶履带,实现履带小车360°回转无死角,进而可以在各种复杂地形下灵活运动。步履式全地形六足机器人具有优越的越野能力,可轻易翻越障碍物,且抗干扰能力强,灵活度高,安全可靠,具有较高的实用价值。
理论研究
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  装载机负载敏感液压系统优化设计及仿真分析

  申慧君, 陶柳

  液压与气动. 2022, 46(1): 117-123. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.014

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  装载机负载敏感液压系统通过压力补偿作用来维持多路阀前后压差的恒定,补偿压差的存在会造成一定的能量损失,降低系统效率和元件的使用性能及寿命。鉴于此,设计提出了增加节能控制阀来降低多路阀补偿压差的节能负载敏感液压系统,利用AMESim仿真软件建立仿真模型并进行分析研究。结果表明,在相同的工况下,改进后的负载敏感系统能够降低工作时多路阀的能量损耗,提高系统及元件的性能及使用寿命。
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  精铣削中抑制柔性工件颤振的阻尼器设计

  谭宇硕, 张文斌, 薛力峰, 韩瀚

  液压与气动. 2022, 46(1): 124-129. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.015

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  针对精铣削过程中柔性工件的颤振抑制问题,提出了一种利用空气黏性的新型被动质量阻尼器。首先,该质量阻尼器由一个可在薄壁壳体内自由移动的圆柱形重物组成,通过重物和壳体之间的适当间隙提供了密集的能量耗散;其次,给出了该阻尼器的理论模型,并提出了一种合理的宽带调谐策略,使该阻尼器能够在较宽的工作范围内通过固定调谐来提供足够的阻尼效率。通过冲击实验和铣削实验对该阻尼器进行了有效性验证。结果表明:该阻尼器的临界轴向切削深度显著增加约100倍;与同等质量颗粒阻尼器相比,该阻尼器的阻尼效率明显提升,过度切削量减少了14倍;与传统调谐质量阻尼器相比,该阻尼器的峰值效率更小,但工作范围更大,因此适用于细长柔性工件的铣削加工。
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  一种活塞式弹簧减压阀的调定误差分析

  李少辉, 文小平, 樊蕾, 陈山, 陈振宇

  液压与气动. 2022, 46(1): 130-135. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.016

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  对活塞式弹簧减压阀调定误差的产生机理和影响因素进行了分析,并通过试验验证了理论分析的正确性。结果证明:活塞式弹簧减压阀调定误差主要与进出口压力、活塞摩擦力、阀芯密封角度、活塞面积和阀座面积有关。为减小活塞式弹簧减压阀的调定误差,应减小敏感活塞摩擦力,同时应合理设置阀芯密封角度、敏感活塞面积及阀座孔面积。
综合应用
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  强化试验法对月球样品容器锁紧机构的可靠性评估

  纪明, 李海志, 马聪

  液压与气动. 2022, 46(1): 136-142. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.017

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  为解决月球样品容器中关键部件——锁紧机构的可靠性评估问题,针对机构的特点,提出了强化试验的可靠性评估方法。该方法通过减少锁紧机构火工作动器的燃药量,降低机构动力源的输出力,再对试验数据进行评估得出可靠性结果。评估结果表明,采用该方法仅需较少试验样本即可实现对锁紧机构高可靠性(置信度0.95下的0.9999)的评估,能够显著降低生产和试验费用。
理论研究
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  无避让立体停车装置液压系统的动态特性

  王俊飞, 汪成文, 佘占蛟

  液压与气动. 2022, 46(1): 143-149. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.018

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  以某新型无避让液压立体停车装置为研究对象,阐述其液压驱动系统工作原理,液压驱动系统的性能直接影响装置运行的安全性与可靠性,为保证装备运行平稳,提高装备安全可靠性,需要对其液压系统的动态特性进行研究。运用AMESim建立液压驱动系统模型,对系统的动态特性进行了仿真研究,分析了停车装置运行时稳定可靠性、抗冲击性能及升降过程中的同步性,通过优化系统参数匹配,使系统获得良好动态特性,保证停车装置安全、可靠,平稳运行。
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  齿轮马达的制动机理研究及性能最大化措施

  甄帅, 左铁峰

  液压与气动. 2022, 46(1): 150-154. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.019

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  为明晰齿轮马达密闭介质的制动机理及其制动性能的最大化措施,从齿轮副的啮合过程出发,由马达内介质作用的液压转矩等于马达外的负载转矩,推导出负载驱动转速的定量公式,并就制动性能最大化对齿形参数执行最优化设计。结果表明:啮合点的位置不同,负载驱动转速也不同,其中,最小困油位置处的最高,节点啮合处的最低;齿形参数对负载驱动转速的影响很大,案例优化前后的制动性能提高了31.2%~46.1%;负载转矩与马达内客观存在的泄漏途径为驱动转速产生的外因与内因,齿轮较小的宽径比和齿顶高系数能有效控制马达内泄漏等。研究成果为高质量齿轮马达的进一步研究与开发,提供一定的理论依据。
综合应用
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  机器人在垂直输气管道中的运行速度

  臧延旭, 白港生, 张穆勇, 刘健

  液压与气动. 2022, 46(1): 155-160. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.020

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  管道机器人在进入垂直输气管道向下运行时,由于机器人自重会使设备加速运行。为了探究垂直输气管道中机器人的运行速度规律,首先利用牵拉试验验证了机器人在一定运行速度范围内其运行阻力基本保持不变;然后根据动量守恒定律建立了机器人在垂直管道向下运行时的受力状态方程。由于机器人自重影响,机器人将做加速度减小的加速运动,分析了由于加速运动导致的机器人速度增量与压强增量间的关系,当压强增量与机器人自重再次达到受力平衡时,机器人速度达到最大值。确定了机器人最大运行速度的计算方法,可在机器人通过垂直输气管道时提前预测机器人的最大运行速度。通过与数值模拟结果和工业现场实际运行速度进行对比,验证了计算方法的可靠性。
理论研究
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  容积伺服一体化系统泵控单元传递效率特性

  宋豫, 胡中望, 刘冬一, 张建敏, 丁小峰, 艾超

  液压与气动. 2022, 46(1): 161-168. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.021

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  电液伺服泵控单元是容积伺服一体化电液系统的重要组成部分,由伺服电机与双向闭式泵集成于一体。电液伺服泵控单元作为整个系统的动力输入与控制单元,其自身的传递效率直接影响了系统的输出效率,所以电液伺服泵控单元的能量传递效率已经成为了衡量该系统性能的一个重要指标。通过建立容积伺服一体化电液系统数学模型,重点分析影响伺服电机与双向闭式泵传递效率的各种能量损耗,得到电液伺服泵控单元效率模型,并对电液伺服泵控单元在不同负载工况下进行了效率特性测试,将为容积伺服一体化电液系统的工程推广应用奠定基础。
综合应用
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  液压混合动力汽车自动怠速系统控制策略

  路颜, 高攀科, 程光威, 李红宇

  液压与气动. 2022, 46(1): 169-177. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.022

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  为使串联式液压混合动力汽车在自动怠速时节能减耗,提出一种采用电液泵结合蓄能器的自动怠速系统。介绍了该混合动力汽车及电液泵的结构与原理,且分析了电液泵在油温48 ℃、转速4000 r/min、压力30 MPa时的油隙损耗和总效率,结果证明,该泵比发动机-泵组有更低的机械损耗和更高的总效率。通过建立分段控制策略,充分利用蓄能器作为应急能源可在短时提供动力的特点,并结合所搭建试验平台进行节能试验研究,结果表明,采用电液泵结合蓄能器的自动怠速系统,在分段控制策略下,比发动机-泵组自动怠速系统的效率提高了5%左右。
工程技术
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  乳化液对钻机回转效率的影响

  徐鹏博, 陈逢雷

  液压与气动. 2022, 46(1): 178-182. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.023

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  乳化液钻机以乳化液作为驱动介质,由于结构轻巧、移钻方便,适合在煤矿综采工作面狭小的空间内进行瓦斯抽采孔、泄压孔的施工,对煤矿的安全高效开采具有重要意义。为了研究不同类型乳化液及其配比浓度对乳化液钻机回转效率的影响,研制了一款架柱式乳化液钻机。选取摆线马达和非圆马达作为乳化液钻机用马达,选取国标规定的乳化液,并将乳化液HFAE10-5、HFAE15-5和HFAE25-5分别配比成7%,5%,3% 3种浓度的乳化液,测试乳化液钻机在每种乳化液中的回转效率、回转扭矩和回转转速;分析乳化液钻机的测试数据并得出最优乳化液及其配比浓度,为乳化液钻机的改型设计提供理论参考。
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  差动阀控非对称缸系统的稳态特性分析

  刘念, 王鹏飞, 王帆

  液压与气动. 2022, 46(1): 183-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.01.024

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  差动阀是具有R型机能的比例方向阀,无需借助外部元件,即可构成差动回路。通过推导得出了差动阀控非对称缸系统在稳态下系统的压力特性、承载范围和速度-负载特性。与常规阀控非对称缸系统进行对比分析,指出了差动阀控非对称缸系统一些独有的特性,如空载下油缸正反向速度增益相等、伸杆时差动阀的通流能力小于标准控制阀等,并对差动阀的选型和使用进行了讨论。