2025年, 第49卷, 第12期　刊出日期：2025-12-20

  

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元件分析与优化
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  考虑磁饱和的新型限位电磁阀结构设计与磁路建模分析

  罗洋浩, 刘国清, 全雨杰, 袁中原, 酒芳恒

  液压与气动. 2025, 49(12): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.001

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  针对传统电磁阀在持续通电工况下易发热、效率低的问题,提出了一种新型限位电磁阀结构,并构建了考虑磁饱和效应的精确磁路模型。通过分析并计入定子尖端与中心孔洞处的铁芯饱和,提升了理论数学模型的准确性。结合有限元仿真与试验平台测试,对结构性能与磁力输出进行了系统验证。结果显示,考虑饱和效应的电磁阀模型在0~10 mm行程内与仿真曲线高度拟合,最大相对误差仅为5.86%,相较于传统计算模型提升了计算精度。与此同时,设计在保持吸力性能的同时显著降低了铜耗功率,仅为19.9 W,相较现有电磁阀结构下降约75%,具备良好的热稳定性与持续通电能力。该研究为面向低速、长时间运行场景的电磁阀结构设计提供了理论支撑与工程设计参考。
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  磁流变减振器阻尼特性半主动控制研究

  唐娟, 毕力格图, 董明明

  液压与气动. 2025, 49(12): 26-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.003

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  磁流变减振器半主动悬架响应迅速、阻尼调节范围广且能耗较低,通过实时控制磁流变减振器的激励电流从而对阻尼力实现动态控制,最大限度地衰减传递到车身的振动、提高车辆行驶平顺性,是目前车辆工程领域的重要研究方向。针对某型号磁流变减振器,进行混合模式阻尼特性理论分析,采用ANSYS软件构建磁流变减振器多物理场仿真模型,分析减振器活塞运动速度、阻尼力与控制电流的关系,构建半主动悬架与整车动力学模型,应用滑模控制算法搭建Simulink数值仿真模型,研究滑模控制对悬架与整车振动性能的影响。研究表明,利用有限元方法进行电磁场分析可以直观观察磁路分布,为设计磁液通路结构提供指导,滑模控制能显著优化半主动悬架的性能,有效优化了车身加速度、悬架动行程等关键指标,最终使车辆的振动特性以及车辆的行驶平顺性与舒适性获得了显著改善。
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  基于物理信息神经网络的气动控制阀阀芯不平衡力计算方法

  郝洪涛, 田源, 麦学武, 王月磊

  液压与气动. 2025, 49(12): 48-56. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.005

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  为解决气动控制阀阀芯不平衡力计算效率低且难以精准预测动态特性的问题,提出将物理信息神经网络应用于阀芯不平衡力计算。通过分析气动控制阀工作原理和阀芯不平衡力产生机理,构建了融合流体力学基本方程与仿真数据的神经网络模型,实现了对阀芯不平衡力的高效预测,最后利用CFD模拟验证了该方法的有效性。研究结果表明,物理信息神经网络预测结果与CFD模拟高度吻合,计算时间缩短至10 s内,最大误差(小于8%)出现在阀门关闭临界点。该方法突破了传统计算的高成本限制,能够实时精准预测动态不平衡力,为气动控制阀的智能设计及动态特性优化提供了新的技术路径。
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  典型液压滑阀压力流量特性分析

  毛文亮, 赵彦军, 柴红强, 刘一璠, 高东玲

  液压与气动. 2025, 49(12): 57-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.006

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  液压阀压力-流量特性是影响其性能优劣的关键指标,滑阀属于应用极其广泛的三大液压控制阀之一,典型液压滑阀包括L形结构、U形结构以及V形结构。为了完善液压滑阀压力流量特性理论,首先,依据滑阀结构特征及液体运动学理论建立了典型液压滑阀通用水力模型;进一步,利用编制的MATLAB程序分析了阀口开度对不同水力模型的影响;在此基础上采用商业CFD仿真软件进行了典型液压滑阀内流场数值计算,分析了典型液压滑阀的速度场与压力场变化规律、压力-流量特性以及阀口流量系数影响因素。结果显示:随着阀口开度的增加,典型液压滑阀的等效直径和过流面积同步增大;相同边界条件下,L形滑阀的压力损失最小,流量系数最低;流量系数的变化只与阀口结构以及阀口开度有关,并且随着阀口开度的增加而降低。
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  先导式溢流阀磨损性能退化分析

  高宏新, 郝惠敏, 刘根瑞, 常根, 陈文辉

  液压与气动. 2025, 49(12): 78-84. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.008

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  溢流阀作为液压系统调压与保护的重要元件,其性能衰退将直接影响系统稳定性与安全性。某型先导式溢流阀在工程装备液压系统服役一段时间后,常因主阀芯磨损导致工作性能退化,因此亟需对其性能进行评估,为后续服役寿命评估提供依据。建立先导式溢流阀数学模型,基于模型定性分析了主阀芯-阀套径向间隙和圆角半径的变化对静动态性能影响趋势;在商业软件中建立了仿真模型,利用实测数据对仿真模型进行校验,定量分析了磨损参数对其静动态特性的影响规律。结果表明:在0~7 L/min的流量区间,径向间隙增大导致静态特性曲线增益变缓,圆角半径增大导致静态特性曲线增益非线性变化;径向间隙和圆角半径的增大会延长响应时间、增大压力超调量及稳态压力,其中径向间隙增大对溢流阀动态响应时间延长的影响更显著,圆角半径增大对压力超调量增大的影响更显著。研究结果可为溢流阀的性能评估与故障预测提供理论基础和工具支撑。
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  航空液压滑阀压力仿真及EDEM卡滞分析研究

  尹绚, 庞楷彧, 魏彬, 郭超, 梁畅, 张冰

  液压与气动. 2025, 49(12): 96-102. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.010

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  为了降低航空液压滑阀卡滞故障对飞行安全的影响,在传统流场分析结果难以满足液压滑阀卡滞分析仿真要求的情况下,首先基于EDEM-Fluent耦合技术(Fluent模拟流体流动特性,EDEM耦合随机污染物杂质颗粒运动及相互作用状态),通过改变液压滑阀开度等边界参数,研究污染物对滑阀压力输出特性及污染物卡滞演变规律,实现流固离散元分析域双向耦合仿真;分析颗粒在滑阀内部的分布情况,进一步研究颗粒堆积导致过流面积的瞬态变化对压力出口压力及质量流率的影响;区域污染物累积结果受污染物粒径分布、流场射流、涡流、壁面摩擦系数等因素影响。耦合仿真分析了污染物环境液压滑阀压力分布状态及卡滞形成过程,其结果可为揭示滑阀卡滞演变规律提供理论基础,为设计基于健康寿命的液压滑阀绿色提供技术支持。
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  双喷嘴挡板压力伺服阀结构损伤条件下输出特性研究

  宋伟山, 刘健, 孙牧, 朱玉川

  液压与气动. 2025, 49(12): 115-123. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.012

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  为了研究双喷嘴挡板压力伺服阀实际工况出现的结构损伤对整阀输出特性的影响,通过流场仿真分析了喷嘴镦粗损伤、挡板凹坑损伤、挡板旋转、节流孔堵塞对前置级输出特性的影响规律,进而建立整阀AMESim仿真模型,分析了上述结构损伤对伺服阀输出特性的影响规律。结果表明:左喷嘴镦粗损伤会使前置级压差增大,伺服阀死区变小、输出压力增大;挡板凹坑损伤对前置级压差无影响,不会影响伺服阀输出性能;挡板旋转会使前置级压差增大,在实际工况的限制下影响程度很小,对伺服阀的输出性能影响也很小;左固定节流孔堵塞会使前置级压差减小,伺服阀死区变大、输出压力降低。
系统设计与研究
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  工程矿卡半主动油气悬架的多目标优化与模型预测控制

  崔昊, 杨霖, 贝绍轶, 汪若尘, 高天立, 王广嘉

  液压与气动. 2025, 49(12): 11-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.002

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  传统被动油气悬架因平顺性与操纵稳定性的局限,已成为矿用卡车性能提升的瓶颈。为此提出了一种基于鲸鱼算法优化的半主动油气悬架模型预测控制策略,旨在实现控制系统的快速收敛和性能最优化。建立包括双气室油气悬架模型、七自由度动力学模型及模型预测控制器的系统模型,并对刚度和阻尼进行等效处理;优化不同路面激励下鲸鱼算法对控制器的权重矩阵并搭建优化算法模型预测控制器,在不同路面上与被动油气悬架和传统模型预测控制的半主动油气悬架进行对比分析。仿真结果表明,所提出的基于鲸鱼算法优化的模型预测控制策略在显著提高矿用卡车乘坐舒适性和操纵稳定性的同时,有效降低了车辆对路面的动态载荷冲击,对于矿区高效作业具有重要工程意义。
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  静环倾斜对静压式非接触机械密封性能的影响

  韩权, 程飞龙, 张玉言

  液压与气动. 2025, 49(12): 37-47. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.004

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  静压式非接触机械密封因液膜稳定、磨损小、寿命长,广泛应用于液压系统高压高速工况。静环倾斜会破坏液膜对称性,引起压力场偏移、泄漏骤增和开启力下降。建立了考虑动环锥角与静环倾角的静动压复合润滑模型,采用有限元方法对密封端面平行间隙与收敛间隙进行对比。结果表明,平行间隙在无倾斜时泄漏速率与膜厚呈立方关系,开启力保持稳定;静环倾斜后局部低压区迅速扩展,开启力显著降低。增大膜厚能降低压力场分布不均问题,但难以避免密封性能劣化。相比之下,收敛间隙通过锥角收敛效应提升承载能力,并部分抵消静环倾斜影响;静环倾斜导致收敛间隙压力场整体退化,高压区削弱、低压区扩展,开启力随倾角增大而下降,但整体承载能力高于平行间隙,对倾斜扰动的敏感性更低,不易发生局部失稳。揭示了不同间隙结构对静环倾斜和液膜厚度的响应规律,为机械密封的结构优化和装配精度控制提供参考。
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  速度前馈-线性自抗扰控制的双泵控差动缸系统位置控制

  傅俊鑫, 张树忠, 赵卫, 王博瑞, 林圣超

  液压与气动. 2025, 49(12): 69-77. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.007

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  针对液压挖掘机阀控系统能效低、单泵控差动缸系统动态性能不足的问题,以单伺服电机-双定量泵的双泵控差动缸系统为研究对象,设计了速度前馈补偿与线性自抗扰控制融合的复合控制器。该控制器利用线性扩张状态观测器实时估计并补偿系统内外总扰动,并引入速度前馈超前补偿系统位置误差。在MATLAB/Simulink中建立双泵控差动缸系统模型,通过恒负载下的仿真验证所设计控制器在双泵缸系统位置控制中的可行性;搭建微型液压挖掘机多体动力学模型,为动臂、斗杆以及铲斗装备双泵控缸系统模型,开展三种不同控制器下的仿真与对比。结果表明:在恒负载工况下,所设计速度前馈-线性自抗扰下最大位置跟踪误差,与线性自抗扰相比,从4 mm降至2 mm;在典型挖掘循环工况下,挖掘机动臂工作装置最大位置跟踪误差为3.78 mm,能量利用效率为61.33%,斗杆和铲斗工作装置相较于PID和线性自抗扰也具有更高的位置控制精度和能量利用效率;验证了该方法有效提高双泵控缸系统能效和动态性能。
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  挖掘机电液伺服系统摩擦参数辨识与补偿控制

  刘李婷, 冯浩, 周晨曦, 殷晨波, 曹东辉, 孙琳

  液压与气动. 2025, 49(12): 85-95. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.009

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  针对传统方法难以高精度辨识摩擦模型参数的问题,基于LuGre摩擦模型,结合遗传算法与粒子群优化算法,提出一种混合优化算法以提升参数辨识精度及收敛至全局最优解的能力。该算法在标准粒子群优化算法框架中引入遗传算法的选择与交叉操作,并采用自适应调整策略优化惯性权重和学习系数,增强其搜索性能。所提出的混合优化算法在摩擦模型参数辨识精度上优于遗传算法和粒子群算法,最大摩擦误差仅为1.70 kN。与遗传算法获得的静态最优解相比,混合优化算法将解的质量提升了40.68%。为进一步提升23 t挖掘机电液伺服系统的轨迹跟踪稳定性和精度,基于前述摩擦模型辨识结果,设计了一种新型自适应摩擦补偿控制器。通过正弦轨迹跟踪试验,将设计的控制器与现有的比例积分微分控制器和前馈补偿控制器进行对比。相较于其他控制器,自适应摩擦补偿控制器提高了系统的跟踪性能,最大跟踪误差仅为11.56 mm;能有效补偿摩擦及其他干扰,成功消除了爬行现象并抑制了平峰现象,提升了系统的轨迹跟踪精度和鲁棒性。
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  基于AMESim和Simulink自动送钻液压绞车系统控制方法研究

  吴泽兵, 闫哲

  液压与气动. 2025, 49(12): 103-114. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.12.011

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  自动送钻系统依赖于人工操作,针对手动送钻存在稳定性差、协调性低、工作强度大和钻压波动大的问题,设计了包括动力单元、驱动单元、执行单元和控制单元的自动送钻液压绞车系统。该系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压的控制,具体方法是采用一种常规PID和参数自调整模糊控制相结合的复合控制器控制。运用AMESim-Simulink联合仿真平台进行模拟试验,验证了液压绞车系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压作业的控制,控制器提高了系统的响应速度及稳定性,减小了超调量。研究表明,该复合控制器可提高自动送钻液压绞车系统控制准确性,能够实现实时监测,不仅提高了钻井效率,使系统更加智能化,还降低钻井成本,对未来的自动送钻钻井作业具有实际应用价值。