2023年, 第47卷, 第11期　刊出日期：2023-11-15

  

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工程技术
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  基于倒频谱的轴向柱塞泵松靴故障特征提取

  许昕蕾, 黄伟迪, 于斌, 张军辉, 徐兵

  液压与气动. 2023, 47(11): 1-9. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.001

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  松靴故障会引起轴向柱塞泵的振动和噪声增大,甚至演变为脱靴导致泵与系统严重损坏。为检测松靴故障,需提取故障特征,但松靴故障特征尚不明确。为此,分析了松靴故障机理,搭建了柱塞泵机液耦合仿真模型,建立了松靴与壳体轴向振动信号间的映射关系。采用倒频谱分析方法,提取了正常与两种松靴程度下的信号特征。搭建了轴向柱塞泵单松靴故障试验台,通过实际跑合得到了两种松靴量的柱塞滑靴组件,在不同转速和压力工况下采集壳体轴向振动信号。基于倒频谱方法分析松靴的故障特征,并验证仿真结果。结果表明:倒频谱对松靴故障振动信号敏感,其中转轴基倒频率对应频谱中单松靴故障产生的冲击频率,是松靴的故障特征;倒频谱转轴基倒频率一次谐波处的幅值,随着松靴故障程度的增大而增大。
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  液压滑阀全寿命周期冲蚀磨损量特性分析

  訚耀保, 郭锐, 李双路

  液压与气动. 2023, 47(11): 10-17. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.002

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  满足油液清洁度要求的液压油中仍存在固体颗粒物,这些固体颗粒在油液带动下会撞击滑阀空间流道,使滑阀产生冲蚀磨损,导致其性能退化。针对上述问题,结合计算流体力学与冲蚀理论,进行了滑阀磨损过程的数值模拟,得到滑阀全寿命周期磨损规律:滑阀的进出口压差增大,使颗粒的撞击速度和颗粒流量增大,加剧了滑阀磨损;阀口开度增大,节流口处从层流转变至湍流,同时也增大了颗粒流量,使滑阀磨损程度增大,且在不同阀口开度下,滑阀的磨损区域不同;同一节流口处,不同的油液流向,节流边两侧的磨损程度不同;节流磨损轮廓表明,阀芯的径向磨损和阀套的轴向磨损会导致滑阀控制性能下降,且阀芯的磨损较阀套更严重。
理论研究
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  基于速度偏差补偿的车载跟瞄系统自抗扰研究

  祝军生, 方志耕, 金小琳, 任维

  液压与气动. 2023, 47(11): 18-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.003

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  由于车载光电跟瞄系统的跟踪精度易受非线性摩擦、质量不平衡力矩和载体振动等影响。提出了一种基于速度偏差补偿的自抗扰控制策略(Active Disturbance Rejection Control,ADRC),将系统速度输入与输出存在的偏差视作标准ADRC系统的控制残差,重新引入到线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)中进行进一步补偿,给出了基于速度偏差补偿的ADRC的参数整定形式,从扰动抑制角度论述了该方法具备更好的扰动抑制效果,最后进行了光电跟瞄转台阶跃响应和正弦跟踪实验,表明该方法较PID控制器和标准ADRC算法对系统速度特性有明显的改善,速度闭环带宽和扰动抑制能力也得到了极大地提升。
综合应用
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  微型高速轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真分析

  李沛剑, 叶绍干, 李旭, 侯亮, 赵守军, 刘会祥

  液压与气动. 2023, 47(11): 25-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.004

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  微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时,产生较大的力矩损失,影响柱塞泵的效率。首先,建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次,分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后,通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点,分析了其力矩损失。结果表明:转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍,其中,柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化,压差力矩损失波动较大,黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动,由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大;同时,靠近出油口和下止点位置处,油液压力较小。
理论研究
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  液压油箱除气除杂方法研究综述

  陈冬京, 张晋, 王博众, 程昱杰, 李莹, 孔祥东

  液压与气动. 2023, 47(11): 34-45. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.005

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  油液污染是液压系统故障的重要原因之一,提升油液清洁度可以提高液压系统的可靠性。目前,液压系统主要通过液压油箱实现油液中气体分离及污染物去除。综述了国内外诸多学者在除气除杂方法的研究现状,分析并总结了油箱结构设计、污染相自然分离、多相离心分离、磁分离等除气除杂方法的研究现状及特点,对比了异形油箱结构、气液旋流分离器、液压过滤器等除气除杂新设备的发展趋势,并对液压油箱除气除杂技术的发展前景做了展望。
工程技术
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  径向柱塞式液压马达故障实验及其智能诊断方法

  李涛, 徐玮, 谯自健, 李国平

  液压与气动. 2023, 47(11): 46-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.006

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  针对径向柱塞式液压马达故障数据源较少、故障特征与振动信号之间对应关系不明等问题,运用某企业柱塞式液压马达扭矩测试平台收集其故障振动信号,对比径向柱塞式液压马达不同故障类型之间的振动数据特点,分析故障特征与振动信号之间的对应关系,丰富径向柱塞式液压马达故障诊断数据集,并提出基于深度卷积神经网络的径向柱塞式液压马达智能故障诊断方法。径向柱塞式液压马达故障实验结果表明:相比于正常振动信号而言,滚子和定子裂纹及磨损故障振动信号烈度较大,时域统计指标变化较明显,且频谱中有清晰的故障特征及其倍频成分;提出的智能故障诊断方法可以高效识别径向柱塞式液压马达9种健康状态,诊断精度高达99.85%,为径向柱塞式液压马达出厂前测试的智能诊断奠定了数据和理论基础。
综合应用
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  超高压海水泵水润滑轴承承载与散热仿真分析

  王伟灿, 吴德发, 张浩, 许锋炜, 吴世海, 高川琦

  液压与气动. 2023, 47(11): 55-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.007

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  水润滑滑动轴承是高压海水泵关键配对副,由于水介质的弱润滑性,轴承副存在严重的摩擦发热,进而引发热卡滞等问题。考虑轴承接触表面沟槽不同构形,建立了轴承的承载与散热模型,研究沟槽数量和形状对润滑支撑和散热的影响。仿真表明:四沟槽轴承的最大温升为39.14 ℃,八沟槽轴承的最大温升为24.77 ℃,两者相差36.7%,随着沟槽数量的增加,轴承散热性能得到优化;随着沟槽数量增加,轴承内表面的最大接触应力和变形量也随之增加,相较于四沟槽轴承,八沟槽轴承的最大接触应力增加了5%,最大变形量上升了12%。因此,综合考虑沟槽结构对轴承整体支撑性能和散热作用的影响,设计双向六沟槽螺旋结构,实现海水泵轴承副内循环冷却。
工程技术
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  并联旁路阀的泵控缸电液系统设计与协同控制

  王大卫, 丁海港, 弓智强, 王云飞, 李亚龙

  液压与气动. 2023, 47(11): 61-66. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.008

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  泵控差动缸直驱技术是电液系统的主要发展趋势之一,其具有无节流损失、节能、成本低、可靠性高等优势,但存在流量不平衡、低速平稳性差、控制模式单一等问题。针对以上问题,提出了一种并联旁路阀的泵控差动缸电液控制系统,开展了泵阀协同控制策略研究。介绍了系统的结构,阐明了系统在多种模式下的工作原理;基于AMESim搭建了系统的仿真模型,建立了变速泵和旁路阀协同工作机制,根据调速曲线对泵和阀进行权重分配,以提高变速泵控直驱系统的低速稳定性。结果表明:通过泵阀协同控制,并联旁路阀的泵控差动缸系统能够在多种工作模式下工作,具有良好的工况适应性和低速稳定性,可实现液压缸的平稳快速启停和精确位置控制。
综合应用
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  二维活塞式动态流量计的仿真分析与优化

  张东东, 陈豪奇, 夏宁, 丁川, 阮健

  液压与气动. 2023, 47(11): 67-74. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.009

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  二维活塞式动态流量计,其主要特点在于采用具有旋转和往复直动双运动自由度的二维活塞作为流量计量单元。介绍该流量计机械结构和工作原理后,建立了相关动态模型,并研究了该流量计自身的计量特性以及各个结构参数对该流量计动态性能的影响,包括二维活塞直径、二维活塞质量以及计量单元内计量腔体积等。结果表明,采用两个计量单元并联连接结构的该流量计流量脉动极小,减小二维活塞质量以及减小工作腔中的死腔体积可以提升流量计的动态性能,而二维活塞直径对流量计动态性能的影响是随数值先增大后减小,这为二维活塞式动态流量计提供了优化方向。
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  压电式振动能量回收方法及实验验证

  李冲, 陈梁, 方记文, 钟伟

  液压与气动. 2023, 47(11): 75-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.010

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  机械设备在运转时由于液压系统或电机的往复冲击做功而产生不同程度的振动,如何将振动能量回收是实现节能环保和可持续发展的重要途径。基于压电材料的正压电效应,提出了一种压电式振动能量回收装置,分析了其能量回收机理和操作方法,建立了压电能量回收装置的输出能量输出方程。基于NI数据采集卡和LabVIEW软件搭建了实验测试平台,对压电能量回收装置进行了实验测试。实验结果表明:压电能量回收装置的输出功率随振动频率的增加先增加后趋于稳定,且连续振动激励下能量回收装置的回收的能量功率更大。研究结果为机械系统振动能量的回收奠定了理论基础和技术支撑。
工程技术
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  RSM优化冲焊型液力变矩器叶片冲压工艺及回弹抑制

  陈勃含, 刘城, 闫清东, 魏巍

  液压与气动. 2023, 47(11): 82-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.011

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  冲焊型液力变矩器性能与叶片形状密切相关,为提高叶片成形精度,减小回弹对性能的影响,以摩擦系数、模具间隙、冲压速度为试验因素,以叶片最大减薄率和最大回弹量为优化目标,基于优化拉丁超立方试验方法,通过Dynaform对涡轮叶片冲压过程及回弹变形进行模拟获得样本数据,研究不同工艺参数对叶片成形质量的影响,并得到关于优化目标的多项式回归响应面模型。结合多目标优化算法对冲压工艺进行优化求解,获得最优解集,选取最优冲压工艺参数组合。最后对所选优化工艺参数进行仿真验证,结果显示,优化后叶片成形质量良好,减薄率和回弹均得到优化。
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  基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统

  任帅, 王波, 王涛

  液压与气动. 2023, 47(11): 90-94. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.012

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  机械通气是利用呼吸机协助病人呼吸,维持病人氧合,为原发病治疗争取时间的一种重要医疗手段,特别是在危重症新冠肺炎患者的救治过程中发挥了不可替代的作用。然而,由于感染人数巨大,呼吸机短缺,大量患者因没有接受呼吸机治疗而导致死亡。在分析了现有呼吸机工作原理的基础上,提出了一种基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统,构建了基于比例阀和电磁阀的模块化机械通气单元;在此基础上,构建了整个系统的数学模型,搭建了系统的实验平台,实现了对输出气流和压力的比例控制;此外,采用人工模拟肺在不同通气模式下进行了实验研究,结果表明,该系统不仅能实现现有呼吸机的常用通气模式,而且针对不同患者的通气需求,能够实现各个通气单元的单独控制,互不干扰,有望解决重大疫情灾害下呼吸机短缺问题。
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  船用柴油机电磁阀响应特性的优化设计

  李帆, 卢玮, 贺玉海, 叶春阳

  液压与气动. 2023, 47(11): 95-104. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.013

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  高压气动电磁阀在船舶柴油机起动系统中有着至关重要的作用,其响应特性是保障柴油机可靠和迅速起动的关键因素之一。首先,基于电磁有限元仿真软件ANSYS Maxwell对船用柴油机起动电磁阀的响应时间进行仿真分析;其次,采用国际标准ISO 12238和电磁阀阀芯位移试验验证优化前后仿真模型的精确度。结果表明,电磁阀在工作电压24 V和气隙1.1 mm时,开启和关闭响应时间分别为31.3 ms和43.3 ms。最后,通过Maxwell软件自带的参数化等功能进行了性能优化设计,研制了气动电磁阀专用试验系统并开展了性能试验;结果表明电磁阀在工作电压为28.8 V时,电磁阀开启响应时间加快5.9 ms;在5个500匝线圈并联时,电磁阀开启响应时间加快16.3 ms,满足船舶柴油机起动系统要求。
理论研究
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  电磁超越离合器功率回收型液压泵试验台研究

  闵宇乔, 刘早, 闵为, 谷学勇

  液压与气动. 2023, 47(11): 105-112. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.014

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  在常规功率回收型液压泵实验台中,当电机转速超过回收马达转速时,功率回收马达成为电机负载而产生额外的功率损耗。针对这一问题,设计了一种应用电磁超越离合器的功率回收型液压泵试验台,并对该试验台功率回收原理及功率回收效率进行分析。并以K5V200DT轴向柱塞泵作为对象验证试验台的功率回收效果。结果表明:应用了电磁超越离合器的功率回收型液压泵试验台功率回收效率达到了42.16%,功率回收效果良好,为解决液压泵功率回收型试验台的额外功耗问题提供了新的解决方案,对液压泵功率回收型试验台的高效设计具有一定的指导意义。
综合应用
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  调节阀内空化场压力累积强度特性分析

  刘启航, 刘秀梅, 李贝贝, 张雨佳, 易锟梁, 吴速

  液压与气动. 2023, 47(11): 113-119. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.015

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  调节阀是液压系统中尤为重要的控制元件,阀内非定常空化流动是影响阀使用寿命和控制精度的主要原因之一。建立调节阀空化图像及压力信号同步采集系统,基于时频域分析,提出皮尔逊相关系数、压力累积强度变化率、压力脉冲因子来评价调节阀内空化演变过程。皮尔逊相关系数R用来确定样本周期数量,以此来确定样本计算长度。压力累积强度变化率λ来评价扩张段空化演变速率。压力脉冲因子α评价相同工况下的扩张段空化强度。实验结果表明,在不同的入口压力或不同的入口温度下,λ随着压差或者温差增大而减小,α为持续增加;对于不同的开度,λ会随着开度先下降后增加,在开度为40%时最低,而α会持续增加。
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  基于AMESim的水下大型气液混合储能系统运行特性分析

  王虎, 王志文, 熊伟

  液压与气动. 2023, 47(11): 120-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.016

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  海洋可再生能源有望成为日益频繁的海洋活动的重要能量来源,尤其是对于有长期、持续、原位、无人需求的应用场景,一定程度上可弥补传统缆系岸电和自持电池/燃料供电方式的不足。但海洋可再生能源存在显著的间歇、波动缺陷,储能是克服该缺陷的最有效方式之一。提出了一种应用于海洋可再生能源的存储与释放的水下大型气液混合储能系统概念,融合高压气体在能量密度和水液压在功率密度上的优势。利用AMESim建立了系统仿真模型,分析了系统储能与释能过程中压力、温度等关键参数的变化,研究了系统的运行效率、能量密度及能量传递与转换特性。结果表明,水下气液混合储能系统运行效率可达约58%,但储能能量密度还有待于进一步提升。
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  大吨位海底沉船抱捞液压驱动回路与结构设计

  燕鉥锋, 张峰瑞, 李腾, 侯交义, 宁大勇, 弓永军

  液压与气动. 2023, 47(11): 128-135. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.017

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  在深水大吨位沉船打捞作业工程中,300 m以深的海底环境压力让现有饱和潜水技术无法企及,复杂的海底工艺场景超出了遥控水下机器人作业范围,这限制了我国深水大吨位沉船的整体应急打捞能力。针对传统打捞方法的不足,提出了一种沉船整体抱捞方法,采用多组大型液压抱爪实现海底沉船的抱捞作业。针对我国附近水域海底沉船抱捞作业需求,设计了一组沉船打捞电液抱抓驱动系统,以深水电机驱动液压泵为动力源,由4支协同作业的液压缸实现抱抓作业,单缸最大输出力200 t。开展了液压回路设计,基于AMESim平台建立了电液回路仿真模型,分析了系统在变负载工况下工作性能,验证了设计合理性。在完成回路设计的基础上,开展了液压系统关键液压元器件选型,完成了阀控箱耐压防水适应性设计,压力补偿式泵站设计,以及系统的整体布置与安装设计工作。
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  一种液压缸变间隙密封结构及流场分析

  金耀, 朱振雷, 陈矗

  液压与气动. 2023, 47(11): 136-141. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.018

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  传统的液压缸间隙密封,因其密封间隙恒定而存在压力升高泄漏随之增大的矛盾。为此,提出一种压力自适应型液压缸变间隙密封结构,在压力作用下活塞中部产生径向弹性变形从而改变密封间隙。基于弹性力学薄壳理论得到活塞径向变形公式,利用ANSYS有限元软件分析了变形区域宽度、厚度等因素对内泄漏和摩擦力特性的影响。结果表明,该密封结构的密封间隙能随压力改变而自适应地变化,从而有效地调节内泄漏,提升密封性能,为设计和制造提供了理论依据。
工程技术
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  基于多传感器数据融合和深度残差收缩网络的轴向柱塞泵故障诊断

  陈琳伟, 应娉婷, 汤何胜, 任燕, 向家伟

  液压与气动. 2023, 47(11): 142-149. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.019

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  为了解决单传感器振动信息不能全面表达柱塞泵故障特征信息的问题,提出了一种基于多传感器数据融合深度残差收缩网络学习的轴向柱塞泵故障诊断方法。首先,采用多传感器对振动信号进行采集,完善振动信号的故障特征信息。其次,针对振动信号的非平稳、非线性等特征,提出基于多元多尺度散布熵的多通道融合方法,获取一维故障特征向量,从而达到增强故障冲击特征的目的。然后,将故障特征向量输入到深度残差收缩网络模型,通过注意力机制,利用软阈值函数降低样本噪声及无关特征干扰,实现轴向柱塞泵故障特征识别。最后,通过轴向柱塞泵故障诊断试验验证所提方法的有效性。试验结果表明,该方法可有效提取振动信号的故障特征,识别正确率明显高于典型的深度学习方法。
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  某液压泵马达测试台功率回收系统研究及分析

  张寅, 张建洋, 陆顺新, 孔祥东, 张晋, 曹明

  液压与气动. 2023, 47(11): 150-157. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.020

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  随着液压泵等液压元件的发展趋向高压、高功率、高转速,液压元件测试台的功率也在不断提高,造成更多的能量消耗,因此试验台的功率回收至关重要。分析了电功率、机械补偿和液压补偿的功率回收系统方案,确定出液压泵马达测试台较为理想的功率回收系统形式。对选用的电功率回收系统通过AMESim软件建立了功率回收系统模型,对不同工况下电功率回收系统的回收率进行分析。
理论研究
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  混凝土泵车臂架EHA系统控制策略研究

  张斌, 杨振环, 贺电, 季清华, 洪昊岑, 白大鹏

  液压与气动. 2023, 47(11): 158-168. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.021

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  针对混凝土泵车臂架系统响应慢、动态性能差等问题,提出了采用电静液执行器(EHA)代替臂架中的传统液压系统,从而提高系统响应速度,减少臂架振动。首先介绍了EHA的工作原理与数学模型,提出了基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略,其次利用AMESim与MATLAB软件搭建了混凝土泵车臂架的机械—液压—控制联合仿真模型,通过对臂架油缸伸出和缩回过程的阶跃控制仿真和正弦控制仿真,对比PID控制、模糊PID控制与基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制3种控制策略的仿真结果,结果表明,基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制下系统响应时间减少50%左右,超调量减少67%左右,速度跟踪误差减少50%左右。搭建EHA试验样机进一步验证基于S曲线前馈补偿的模糊PID控制策略的有效性。
综合应用
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  液压反推作动系统节流同步性分析

  袁杰, 田杨涛, 徐洋洋, 刘通, 王文山

  液压与气动. 2023, 47(11): 169-175. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.022

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  针对反推力装置液压作动系统的同步驱动需求,分析了液压反推作动系统节流同步工作原理,建立液压同步作动系统等效数学模型,采用SimHydraulics软件搭建系统仿真模型,分析了节流阀开口尺寸、负载力对系统位移同步性的影响。仿真结果表明:当控制两个作动器的节流阀开口大小一致时,随着负载力差异的增大,两个作动器运动过程中的位置差增大;通过调节两个节流阀开口尺寸的差异,能够保证两个作动器同步运动;两个作动器的负载力差异越大,两个节流阀开口尺寸的差异越大。最后通过试验验证了采用节流同步原理的液压反推作动系统在展开与收起过程中的同步性,为后续开展同类液压节流同步作动系统设计提供参考。
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  齿轮泵动态压力模拟器的设计应用

  龚笋根, 张留芳, 王英喜, 许宜柱, 何兰平

  液压与气动. 2023, 47(11): 176-182. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.023

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  现有的压力模拟器是计算机控制伺服阀加减压实现压力模拟,但由于液体压缩率小,系统泄漏以及空气溶解导致降压较快,压力难以持续稳定,同时微小的体积变化引起较大的压力波动,高精度的压力自动控制较为困难。针对快捷高精度压力自动模拟的需要,研制了一种齿轮泵动态压力模拟器,介绍了其组成、工作原理、关键设计和具体设计应用,计算机PID闭环控制变频电机驱动齿轮泵动态加压,研制两级稳压腔、节流孔、回油孔组合的节流稳压器实现消波稳压,解决齿轮泵产生的压力脉动,经过试制和测试,压力波动小,稳压精度高,加减压平顺快捷,验证了高精度动态稳压技术和模拟器的性能。
工程技术
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  28 MPa液压系统螺纹连接Ⅰ型密封的失效分析与性能控制

  杨振华, 蔡迎峰, 高磊, 江守龙, 安宇晗

  液压与气动. 2023, 47(11): 183-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2023.11.024

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  在航空武器装备使用过程中,“跑、冒、滴、漏”成为影响装备使用的一大因素,影响了飞机的完好率,28 MPa液压系统由于系统压力高,同时伴随着压力冲击,“跑、冒、滴、漏”问题尤为突出。液压系统附件的密封基本采用密封圈形式,这种密封形式对成品和附件、管接头、密封圈和装配工艺提出了很高的要求。以28 MPa液压系统螺纹连接Ⅰ型密封结构为例,从管接头质量、拧紧力矩控制的影响开展试验验证,给出额定工作压力下密封控制要求,并从工艺手段和方法上给出具体的措施,从而解决“跑、冒、滴、漏”问题,为其他形式的密封提供借鉴。