2022年, 第46卷, 第6期　刊出日期：2022-06-15

  

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理论研究
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  智能建造——工程机械智能化

  陆亮, 吴军凯, 孙宁, 朱敏言

  液压与气动. 2022, 46(6): 1-9. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.001

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  将工程机械智能化概念融入智能建造的科学技术范畴,提出工程机械智能化为土建施工的工具智能化。在简要叙述智能建造大背景的前提下,以挖掘机为工程机械典型代表,首先叙述对其智能化分级定义的研究,总结其从辅助驾驶到全智能化的过程;再阐述当前智能挖机的研究进展和实际应用的成果;并就智能化前进道路上的液压技术和定位技术作了一定程度的分析:使用高性能的液压元件以适应自动控制,同时采用更加先进的控制算法提升系统的性能,而智能化的定位技术则依赖多种传感器和相应算法的应用。
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  锚链提升器水平液压管内气泡流型及其对边界层速度梯度影响分析

  李文华, 隆利, 刘羽佳, 周性坤, 林珊颖, 葛杨元

  液压与气动. 2022, 46(6): 17-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.003

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  为有效提取气泡对管路边界层的扰动参数,达到提前预测和判断空气对液压管路污染的目的,基于管路流动边界层理论和气液两相流动理论,通过Fluent仿真平台建立气液管路模型,计算得到气泡流型及其对边界层速度梯度的影响规律。通过实验验证了仿真模型中气泡流型变化的一致性,并提出了一种液压系统空气污染诊断的新方法。计算结果表明,该方法能通过提取边界层微观变化规律来监测液压系统宏观空气污染故障;但是,当气泡直径小于0.01 mm时,则面临监测不到边界层速度梯度变化的情况。
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  角域多信息熵融合算法的EHA柱塞泵滑靴副状态评估方法

  孙红梅, 王杰, 王志伟, 刘思远

  液压与气动. 2022, 46(6): 52-62. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.007

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  滑靴副是电静液执行器(Electro-hydrostatic Actuator,EHA)柱塞泵中受力最为复杂和薄弱环节,在变转速极端工况下对其健康状态进行有效评估对于EHA的安全稳定运行尤为重要。针对滑靴副在变转速工况下磨损故障特征机理复杂、难以揭示的问题。提出一种基于角域多信息熵融合算法的新状态评估方法,结合阶比分析与信息熵理论,针对EHA变转速极端工况提出“角域信息熵”新概念,运用BP神经网络和D-S证据理论构建基于角域多信息熵融合的滑靴磨损状态评估模型;最后在恒压变转速工况条件下,以滑靴外边缘偏磨磨损故障为例对评估模型进行测试试验验证和结果分析,证实状态评估方法有效性和评估结果的准确性。
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  负载口独立控制系统主被动加载试验台振动特性分析

  陶扬, 刘凯磊, 康绍鹏, 强红宾, 王友定, 郭言

  液压与气动. 2022, 46(6): 63-71. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.008

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  主被动加载试验台是对负载口独立控制系统进行主动和被动控制性能试验测试的关键设备。为了分析试验台加载过程中加载力对试验台的振动特性的影响,采用有限元网格划分软件Hypermesh对试验台整机进行了网格划分,定义了材料属性,并通过有限元仿真软件ANSYS Workbench对主被动加载试验台分别进行了静力学分析、模态分析、位移谐响应分析和加速度谐响应分析。仿真结果表明:从试验台的振动过程中的固有频率变化、振幅变化、位移响应分布、加速度响应分布、振动传动路径等可知,主被动试验台在加载试验中,将加载力的频率控制在35 Hz以内,可以避免由于加载而产生的试验台共振现象。
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  锥阀典型面密封结构空化喘振数值仿真研究

  刘钊, 刘禹明, 陆亮, 孙波

  液压与气动. 2022, 46(6): 72-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.009

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  针对锥阀典型面密封结构中的空化流场进行了数值仿真研究,基于LES湍流模型、mixture多相流模型与Schnerr-Sauer空化模型,研究复现了阀口大尺度空穴。研究表明:面密封结构易导致流束内收缩效应,形成流束外扩与阀座壁面贴合的固定漩涡,进而诱导固定空化的形成。固定空化在恒定的入口压力条件下表现出尺度周期交变的喘振特性。出口压力条件不改变空化喘振频率,但出口压力越小喘振幅值越大。开度增大导致空化尺度先增大后减小,故喘振幅值先升高再下降;同时导致空化发育速度变慢,喘振频率下降。可依据对喘振特性的预测设置蓄能装置,实现更优的空化喘振削弱效果。
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  液压储能技术的研究现状及展望

  瞿炜炜, 周连佺, 张楚, 薄晓楠

  液压与气动. 2022, 46(6): 93-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.011

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  由于节能减排的需要,液压系统中的能量损耗成为研究热点,采取合适的方式对液压能进行储存至关重要。通过总结液压系统中常见的储能方式,引出对以蓄能器为储能元件的液压式储能技术的详细介绍,梳理了液压储能技术的发展及改进情况,提出了未来的研究方向,为相关行业技术人员了解国内外液压储能技术的研究现状及研发新的液压储能技术提供参考。
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  气动电磁阀开启过程的动态响应特性

  彭来湖, 谢国旺, 戴宁, 刘桂生

  液压与气动. 2022, 46(6): 119-126. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.014

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  以二位三通气动电磁阀为研究对象,详细介绍了其工作机理并对磁路进行理论分析。通过ANSYS Maxwell软件建立其二维电磁场分析有限元模型,并进行瞬态运动仿真计算,分析多电磁参数(主气隙宽度、铁磁材料、动铁芯直径、弹簧预紧力、刚度以及线圈加载方式)对电磁阀瞬态响应特性的影响。搭建实验平台,测试线圈加载方式对电磁阀瞬态响应特性的影响,进一步验证了仿真分析的准确性。为类似电磁类产品的设计研发提供了充实的理论依据。
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  电静压系统用内啮合齿轮泵流量脉动特性

  张玉强, 李瑶, 姜帅琦, 何俊, 衡春影

  液压与气动. 2022, 46(6): 135-143. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.016

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  直线共轭内啮合齿轮泵工作噪声低且流量平稳,但关于其流量脉动的机理尤其是相关试验的研究较少。通过理论计算的方法,推导了直线共轭内啮合齿轮泵的瞬时流量计算公式、流量脉动率公式和困油腔的相对容积变化公式。利用三维流体动力学有限元仿真分析方法研究了困油腔的压力波动特性和泵出口的流量脉动特性。按照国际标准ISO 10767-1-2015规定的试验方法进行了泵出口流量脉动试验,试验测试某型排量10 mL/r的直线共轭内啮合齿轮泵在转速750 r/min和出口压力7.5 MPa的情况下,流量脉动率约为6.35%,流量脉动较小。
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  液力惯容器螺旋管内流场数值模拟

  王石磊, 刘华明, 李小波

  液压与气动. 2022, 46(6): 159-166. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.019

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  采用Fluent建立液力惯容器螺旋管内流场的数值模型,得到螺旋管的速度场和压力场分布。通过建立对照组与6个实验组的数值模型,研究螺旋管相关参数对压差和摩阻系数的影响。结果表明:螺旋管的速度场和压力场均呈C形分布,外侧速度和压力均高于内侧,表明产生了二次流现象;压差与流体速度是正相关,与螺旋管内直径和螺距是负相关,螺旋直径影响较小;摩阻系数与螺旋管内直径是正相关,与流体速度和螺旋直径是负相关,与螺距无关。研究结论为螺旋管式液力惯容器的设计提供了理论依据。
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  液压伺服系统状态估计和参数辨识的鲁棒算法

  陈军章

  液压与气动. 2022, 46(6): 182-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.022

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  针对液压伺服系统不易进行状态估计和参数辨识的问题,提出了一种鲁棒算法,把液压伺服系统的动态行为当作一个具有时变参数的线性随机状态空间模型来描述,把故障当作系统参数变化,将参数公式中重要项进行泰勒级数展开,推导线性状态方程和线性测量方程,从而得出状态向量和参数向量的估计。在液压伺服系统中实验结果表明:该鲁棒算法能很好地对液压伺服系统进行状态估计和参数辨识;并且相比于其他算法,收敛速度快,对非高斯噪声和系统参数故障的存在敏感性较低,鲁棒性好。
工程技术
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  越野车半主动悬架的变论域模糊PID控制

  潘乾鹏, 周龙, 吕宝占, 王禹龙

  液压与气动. 2022, 46(6): 82-92. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.010

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  为了改善半主动悬架的控制效果,利用变论域理论对模糊PID控制器的输入论域和输出论域进行调节。根据阻尼可调两级压力式油气悬架的力学特性,建立半车半主动悬架动力学模型,在MATLAB/Simulink中构建半车半主动悬架控制模型,以冲击路面和随机路面作为输入激励进行仿真。结果表明,不同路面激励下,变论域模糊PID控制悬架和模糊PID控制悬架的减振效果均明显好于被动悬架,在冲击路面激励下的减振效果较好。冲击路面激励下,相较于模糊PID控制悬架,变论域模糊PID控制悬架的前、后车身垂直加速度和车身俯仰角加速度均方根分别减小30.89%,34.36%,37.00%,车身动挠度均方根比较接近,进一步提高了越野车的行驶平顺性。
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  航空发动机系统复杂管路结构振动特性

  黄燕晓, 李书明

  液压与气动. 2022, 46(6): 107-118. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.013

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  针对高速运转带来的处于高温环境、狭小空间内复杂管路不平衡振动问题,开展航空发动机系统复杂管路的结构振动特性研究。从系统直管和弯管结构振动特性分析提出复杂管路结构数值建模方法,并基于航空发动机复杂管路一般具有对称的结构特点,对系统复杂管路从总体结构和径向结构角度开展振动特性分析与结构优化。分析结果表明:作为轴对称复杂管路结构,3个对称加载的总体结构呈现刚体模态,而20°的管路径向结构在基本加载下振动变形集中于异面支管,且总管增加不同载荷对其结构变形减小无正向影响,故从运行角度为狭窄空间内管路设置结构限制条件,有助于减少系统复杂管路运行故障的发生。
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  某飞机刹车阀建压异常故障分析及改进

  石天诺, 任杰, 张晓娟, 胡华泉

  液压与气动. 2022, 46(6): 167-173. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.020

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  针对某飞机落地前,刹车多次自检报故、右刹车阀建压异常的现象,建立了刹车故障树进行故障的分析与定位,并通过试验验证了故障原因。分析表明,该故障的主要原因为刹车阀的设计缺陷,导致刹车阀内部的密封皮碗在随活塞往复运动过程中逐渐损坏,当磨损掉落的胶条脱落后附着在皮碗的密封唇口上时,皮碗的密封性遭到破坏,导致刹车阀建压失效、刹车自检报故。根据故障原因分析,并结合试验提出了改进刹车阀设计的方案。
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  液电混合装载机行走驱动系统动能回收与再利用

  曹宏利, 冯克温, 黄伟男, 葛磊, 权龙

  液压与气动. 2022, 46(6): 174-181. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.021

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  装载机装卸作业过程中,行走系统频繁启制动,带来系统能耗高且驱动电机装机功率大的问题。提出一种液电混合装载机行走节能系统,阐述了其工作原理并设计了液压再生制动策略和能量辅助启动策略以协调电机和液压泵/马达的动力总成部件,在Simulation X中建立了仿真模型。结果表明,此方案有效回收和再利用了装载机行走的制动动能,驱动电机的峰值功率降低约39%,一次完整作业能量消耗减少约29%。
综合应用
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  摆线液压马达啮合副修型优化

  赵旗, 张军辉, 唐玲, 张小龙, 徐兵, 张红娟, 雷鹏

  液压与气动. 2022, 46(6): 10-16. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.002

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  摆线转子啮合副是摆线液压马达的核心部分,为了补偿润滑油膜和减小接触应力,需要对啮合副修型优化。以某型号参数的摆线转子啮合副为例,建立了评估摆线液压马达工作时啮合副各接触点接触应力的力学模型和油膜厚度的润滑模型,分析摆线轮修型方法对各点接触应力和油膜厚度的影响。结果表明:采用“正移距+负等距”的修型组合可以有效补偿油膜厚度并且减小接触应力,可为摆线液压马达的设计优化提供理论指导。
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  真空发生器的全流程CAD/CAE系统开发与应用

  胡小雄, 郑雨轩, 汪达军, 刘文, 叶鑫宇, 章苗英, 高殿荣, 王春鸽

  液压与气动. 2022, 46(6): 25-32. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.004

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  针对传统真空发生器研究存在的CAD/CAE数据转换精度损失和重复建模的问题,利用ANSYS Workbench平台开发面向真空发生器的全流程CAD/CAE系统,建立结构设计和仿真分析相关联的参数化模型,降低了模型的精度损失,避免了三维模型优化变更造成的重复建模问题,分析了真空发生器拉瓦尔喷管喉部直径、出口直径、扩张管直径、扩张段长度等结构参数对真空度的影响。结果表明:全流程CAD/CAE系统可实现“建模-仿真-修改-优化”的闭式循环,提高了仿真及优化的效率及可靠性。
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  模糊PID进出口独立控制装载机摇臂液压系统

  李泽龙, 杨敬

  液压与气动. 2022, 46(6): 33-43. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.005

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  传统装载机常采用四边联动滑阀的多路阀控制液压缸运动,致使进出液压油口节流损失大,尤其对于负载复杂多变工况的摇臂液压缸,能耗损失更为明显。为改进这些不足,提出了一种基于模糊PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统。采用AMESim,LMS Virtual.Lab Motion仿真软件建立了原机的机液联合仿真模型,并通过试验验证了所搭建模型的准确性。在原模型的基础上,构建了基于模糊自适应PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统仿真模型,并进行了动力性、能效特性的研究。结果表明,采用进出口独立模糊PID控制方法可显著降低阀口节流损失,在保持摇臂机构动力性不变的前提下,泵功率峰值在摇臂油缸阻抗和超越工况下分别降低了13.6%和46.8%。
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  低温对风力发电机组偏航液压制动系统的影响及优化

  肖旺, 赵登利, 董营, 李肖霞

  液压与气动. 2022, 46(6): 44-51. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.006

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  低温环境下液压油黏度增大导致风力发电机组偏航液压制动系统性能下降,无法满足风机正常运行和安全的要求。对偏航液压制动系统受低温影响的原因及过程进行了理论分析,并对分析结果进行了仿真与试验验证。为提高偏航液压制动系统在低温环境下的响应性能,验证了短孔阻尼和制动器闭环串并联结构对提高系统制动建压和阻尼卸压速度的可行性及效果。结果表明,该方法可有效提高偏航液压制动系统在机舱低温工况下的制动能力,可为偏航液压制动系统的设计提供有益参考。
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  冲蚀对射流管伺服阀前置级工作特性的影响

  孟令康, 朱玉川, 丁建军, 林文, 陆军, 俞晓冰

  液压与气动. 2022, 46(6): 101-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.012

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  以射流管伺服阀的前置级为研究对象,分析冲蚀对前置级工作特性的影响。基于Fluent有限元仿真软件,建立前置级可视化冲蚀模型,仿真得到前置级的冲蚀部位与冲蚀量,并将仿真结果与前置级冲蚀实物进行对比分析。根据前置级冲蚀实物的结构形状,建立冲蚀后的前置级三维模型,利用数值计算的方法研究前置级的冲蚀对其工作特性的影响。结果表明:前置级冲蚀最严重的部位是劈尖,劈尖的冲蚀率随喷嘴位移的增大逐渐减小,仿真结果与前置级冲蚀实物相一致;前置级的冲蚀会导致前置级的左右接收孔压差和流量减小。研究对射流管伺服阀前置级冲蚀部位的预测和故障诊断具有指导作用。
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  纯水密封径向间隙优化设计及仿真计算

  孟令宇, 王伟, 周如林, 赵玉贝, 乔子石, 刘宇航

  液压与气动. 2022, 46(6): 127-134. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.015

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  纯水密封摩擦力大、泄漏量大、寿命短,无法为矿井液压系统稳定工作提供可靠有效的保障,从而导致开采过程中出现安全隐患。针对上述问题,利用有限元分析软件ANSYS建立复合密封件二维轴对称模型,在其他条件相同的情况下,分析不同径向间隙、不同压力载荷对密封静态和动态性能的影响,得到密封接触应力变化时对密封性能的影响规律,通过对不同径向间隙进行参数化设计,找到满足工作条件的最优径向间隙。仿真分析表明:径向间隙为0.25 mm时,复合密封件在1.5倍公称压力下的接触应力为49.854 MPa,密封效果最好;径向密封间隙为0.375 mm时,接触应力过小会导致泄漏现象产生;径向间隙为0.125 mm时,虽然密封性能进一步提升,但是接触应力的增大导致密封件磨损加速。实验表明:0.25 mm径向间隙液压缸密封寿命可达到20000次,较0.125 mm径向间隙液压缸密封寿命长约1/3。
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  含气率对往复式油气混输泵排出性能影响

  荆学敏, 魏修亭, 宫志康, 朱昶昊, 王永琪, 刘川

  液压与气动. 2022, 46(6): 144-150. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.017

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  为了研究含气率对往复式油气混输泵排出性能的影响及转速、含气率、流量的相互关系,基于标准k-ε湍流模型和混合多相流模型,采用计算流体力学软件中的动网格技术和用户自定义函数,在介质含气率不同时对混输泵的排出过程进行三维动态仿真模拟。结果表明:介质增压速度、最大流量、平均流量与含气率成反比。根据转速、含气率、流量关系曲线调节转速,使泵的流量与抽油机流量相匹配,为往复式油气混输泵性能参数的选择及现场应用提供数据参考。
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  EMD-AR和GRNN算法下的航空液压泵多模态故障诊断分析

  郭文军, 张自来, 陈丽君

  液压与气动. 2022, 46(6): 151-158. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.06.018

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  针对新一代飞机高综合化、高复杂度和高耦合性导致的传统推理故障诊断策略难以满足现代维修保障需求的问题,开展基于广义回归神经网络(Generalized Regression Neural Network,GRNN)的飞机液压泵智能化故障诊断研究。构建经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)与自回归(Autoregressive,AR)相融合的深度特征提取方法,提升原始信号的隐层故障特征筛选能力;再将增强后的隐层特征与GRNN相结合进行神经网络训练,提升智能诊断模型的识别精度。实验结果表明,EMD-AR-GRNN智能诊断模型能快速、准确地诊断出液压泵各故障模态,对保障设备的安全运行,提升系统可靠性具有重要的意义。