2025年, 第49卷, 第2期　刊出日期：2025-02-15

  

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元件分析与优化
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  考虑空化效应的逻辑阀压力损失分析及试验验证

  向禹豪, 胡桂荣, 陈川, 司国雷, 吴泽华, 杨丹

  液压与气动. 2025, 49(2): 8-16. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.002

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  为了减小液控逻辑阀的压力损失,提高油液的流动效率,基于CFD建立了阀内部的流体动力学模型,考虑流体空化的影响,分析液压油的流动特性、阀的流量-压力特性,并进行试验验证,探究不同阀口结构参数对压力损失的影响。结果表明:当进口流量大于60 L/min后,是否考虑空化的仿真与试验的误差分别为4.16%和22.41%;在锐边处采用圆滑过渡、增大阀套孔直径、减小阀芯直径能有效降低逻辑的压力损失,可为逻辑阀优化设计提供参考。
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  轴向柱塞泵流量脉动成因及成分数值仿真分析

  汪文涛, 潮群, 林泽宇, 刘成良

  液压与气动. 2025, 49(2): 17-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.003

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  流量脉动是轴向柱塞泵输出油液时的固有属性,其诱发的压力脉动直接影响柱塞泵及整个液压系统的工作品质和服役寿命。为阐明轴向柱塞泵流量脉动成因和成分,建立了轴向柱塞泵三维瞬态CFD仿真模型,搭建了轴向柱塞泵出口压力脉动测试平台,验证了仿真模型的有效性。通过调整仿真模型的几何结构参数,解耦出柱塞泵流量脉动中的几何脉动、倒灌脉动、泄漏脉动和死区脉动分量,仿真分析了不同工况下各脉动分量对柱塞泵总流量脉动的幅值贡献率。结果表明,几何脉动和倒灌脉动加剧出口流量脉动,而死区脉动和泄漏脉动抑制出口流量脉动。在出口压力10 MPa和转速1000 r/min工况下,几何脉动和倒灌脉动对出口流量脉动的贡献率分别为9%和214%,死区脉动和泄漏脉动对出口流量脉动的贡献率分别为-35%和-88%。研究结果为轴向柱塞泵出口流量脉动的形成机理及抑制方法提供了重要理论依据。
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  先导方式对比例阀振荡特性的影响机理

  李娜娜, 何小康, 魏列江, 万思毅, 张海东, 董成龙

  液压与气动. 2025, 49(2): 36-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.005

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  比例阀不同先导级控制方式会引起主阀控制腔产生不同程度的空穴和涡流,导致主阀芯具有不同的振荡现象。采用CFD流场仿真技术与可视化试验相结合的方法,研究了高速开关阀桥与比例减压阀分别作为比例阀先导级时其控制腔的流场特性,通过流场特性及旋涡结构分析了先导方式对主阀振荡特性的影响机理,提出了优化控制腔流场的方法,即在几何拐角处倒角和提高壁面流畅度。结果表明:控制腔旋涡的生成与消散与阀芯振荡密切相关;高速开关阀桥作为先导级时,流场波动大、涡流结构复杂,旋涡的周期性变化是主阀振荡加剧的主要原因;而比例减压阀作为先导级时,流场相对稳定、压力分布均匀,涡流仅在几何拐角处形成简单的剪切流动,压力差与流速的互补有助于减少主阀振荡。为优化控制腔结构、抑制振荡现象提供了理论依据。
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  电液伺服作动器静压支承的动态性能分析

  黄文哲, 陈新元

  液压与气动. 2025, 49(2): 79-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.009

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  为提升电液伺服作动器中恒压式静压支承的抗偏载动态性能,构建支承抗偏载的动力学模型,分析了阻尼孔、环形间隙及支承腔尺寸对支承动态性能的影响。结果表明:支承腔初始压力为供应压力的50%时,支承能力最大,得到固定阻尼孔与可变间隙阻尼的匹配关系。在活塞杆直径40 mm、径向偏载力2000 N条件下,采用直径0.3 mm、长度10 mm的阻尼孔和43 μm单边间隙的封油面,可将15 L/min的作动器静压系统流量损耗控制在12%。活塞杆偏心超调量与支承腔体积和无偏心流量的比值呈正相关。当该比值超过11%时,活塞杆与缸壁接触,带来密封失效及运动卡滞的风险。研究结果为电液伺服作动器静压支承的优化设计提供了理论参考与设计依据。
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  空气弹簧静态性能与动态行为分析

  杨晟, 孙佳瑞, 王芷鸢, 崔飞鸿, 夏万, 朱清波

  液压与气动. 2025, 49(2): 87-95. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.010

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  空气弹簧在准零刚度隔振系统中具有重要应用前景,其刚度特性是分析其性能的关键。以单曲囊式空气弹簧为研究对象,通过理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,系统研究了其静态和动态特性。基于气体力学理论建立了单曲囊式空气弹簧的刚度计算模型,推导出垂向刚度和固有频率表达式。利用ABAQUS软件构建了G40/60型空气弹簧有限元模型,分析了初始内压对刚度特性的影响。在WDW-100型试验机上进行静力学试验,获得了不同气压下的力-位移特性曲线,通过多项式拟合得到了承载力和静刚度表达式。在MTS 831型试验机上进行动力学试验,研究了气压、频率和振幅对刚度和阻尼特性的影响规律。为空气弹簧在准零刚度隔振系统中的应用提供了理论基础和设计依据。
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  基于多目标麻雀搜索算法-反向传播的轴向柱塞马达低脉动优化设计

  陈远玲, 唐瑾, 石浩, 熊文才, 周宗池, 任晓智

  液压与气动. 2025, 49(2): 96-107. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.011

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  针对某中吨位挖掘机回转马达在作业时产生较大噪声的问题,以斜盘式轴向柱塞回转马达为研究对象,采用流场仿真方法对轴向柱塞马达进行动态模拟,探究柱塞马达配流盘上不同阻尼槽的结构和参数对柱塞腔的压力脉动和出口流量脉动的影响关系;结合多目标麻雀搜索算法对阻尼槽参数进行寻优,得到最优的阻尼槽参数组合。结果表明:在一定范围内增大阻尼槽的深度和宽度参数都能在一定程度上抑制柱塞马达的压力和流量脉动,U形阻尼槽优于三角型阻尼槽;对U形槽结构参数进行优化后,马达柱塞腔的压力脉动幅值、马达出口流量脉动分别下降了4.38 MPa 和17.44%;马达噪声试验间接验证了仿真结果及优化方法的可靠性。
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  高压溢流补油阀设计与流场分析

  岳向阳, 包倩倩, 王涛, 汪浒江, 吴超, 郝惠敏

  液压与气动. 2025, 49(2): 128-134. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.014

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  以某溢流补油阀为基础进行高压化结构设计,建立高压溢流补油阀三维模型,利用CFD软件分析阀内部流场的速度分布、压力以及稳态液动力变化。仿真表明:锥形阀口区域的速度和压力梯度较大,主阀体出油口附近的直角区域容易出现小型旋涡等不良现象,此外,当阀芯位移达到0.5 mm时,稳态液动力达到最大值。研制了额定压力为45 MPa的溢流补油阀样件,测试结果表明:在入口压力42 MPa条件下的高压溢流补油阀具有快速的动态响应,超调量为2.5 MPa,响应时间为0.047s;补油流量从10 L/min增加到80 L/min时,压损从0.073 MPa增大到0.15 MPa,为高压溢流补油阀优化设计提供了定量分析依据。
系统设计与研究
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  水下电动静液作动器的接触力控制

  刘佳佳, 杨朝坤, 吕立彤, 聂勇, 陈正, 梅德庆

  液压与气动. 2025, 49(2): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.001

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  水下作业时,电动静液作动器的接触力传感器难以安装,直接力反馈控制器难以设计。因此,基于力估计和模型补偿提出一种应用于水下电动静液作动器的接触力控制方案。通过建立液压缸压力-流量模型,设计流量模型前馈补偿方案,并基于油腔压力传感器实现水下电动静液作动器的压力精准控制;通过建立摩擦模型,基于扩张观测器设计摩擦力补偿方案,实现接触力的估计和控制。最后利用液压试验台,验证了接触力估计和控制的性能,试验表明力估计和控的精度为2%FS。与使用压力传感器进行接触力控制相比,其控制性能更优越。
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  基于扩张观测器的直接/间接自适应鲁棒双缸同步控制

  许诚, 陈正, 聂勇, 唐建中, 童心

  液压与气动. 2025, 49(2): 25-35. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.004

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  为提高负载不均衡、模型参数时变的双液压缸驱动系统的同步控制精度,通过设计“同步阀+旁路比例阀”的液压系统,结合自适应鲁棒控制实现了双缸精确同步控制。在建立双缸驱动系统非线性数学模型的基础上,设计了基于扩张观测器的直接/间接自适应鲁棒控制器,建立了系统的仿真模型并进行了联合仿真试验研究。结果表明,所设计的双缸驱动同步控制系统能有效降低负载不均衡和未知扰动的影响,快速跟踪负载偏差,实现了高精度的双缸同步控制。
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  铰接式全地形车分布式液压驱动系统性能研究

  墨海波, 刘志奇, 杜锐, 李占龙, 郝鹏祥, 陈伟

  液压与气动. 2025, 49(2): 50-57. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.006

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  应急救援车辆需要适应各种复杂地形,对可靠性和冗余安全性要求更高。针对重型铰接式全地形车的作业要求,设计了四变量泵-四变量马达分布式液压驱动系统。建立了分布式液压驱动系统AMESim仿真模型,得出了典型工况下发动机转速及负荷率、车速、液压传动系统进回油压力及流量的数据,研究了变量马达排量对全地形车分布式驱动系统调速性能的影响。经重型铰接式全地形车实车试验,其分布式液压驱动系统稳定可靠,车辆急加速时间为25 s,最高车速为34 km/h,基本满足设计参数要求。
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  轻量化卷积神经网络在调门油动机故障诊断中的应用

  姜万录, 杨旭康, 赵永会, 唐恩宇, 吴凤和

  液压与气动. 2025, 49(2): 58-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.007

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  针对调门油动机故障诊断困难、检修效率低的问题,利用ShuffleNetV2网络结构高并行和低碎片化的特点,将其特征提取基本模块一维化,并针对调门油动机故障诊断10分类的任务,构建了一种1D_ShuffleNetV2轻量化网络。基于调门油动机一维振动信号,将1D_ShuffleNetV2与1D_MobileNetV3、1D_ShuffleNetV1以及传统的一维残差网络模型进行对比试验。结果表明,1D_ShuffleNetV2的轻量化程度最高、训练时收敛速度最快、稳定性最高,且能够在保持高分类精度的同时,有效地提升数据处理速度。这为调门油动机的健康监测和故障诊断提供了一种新的技术方案,可在保证调门油动机诊断精度的同时,降低对边缘端设备的硬件资源需求。
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  惯容悬架阻尼比解析匹配方法及实验应用

  李航, 赵雷雷, 张浩, 于曰伟, 王松, 刘秀清

  液压与气动. 2025, 49(2): 69-78. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.008

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  汽车惯容悬架系统中液压减振器的选型、匹配及实验数据分析缺乏高效且实用的阻尼比解析匹配方法,为此提出一种基于黄金分割法的惯容悬架系统最佳阻尼比解析匹配方法。首先,基于汽车惯容悬架系统的动力学模型,结合随机振动理论,推导出车身垂向振动加速度、车轮动载及悬架动挠度均方根响应的解析表达式;其次,分别从汽车安全性与舒适性角度出发,推导出惯容悬架系统阻尼比解析式,进而利用黄金分割法,提出了惯容悬架系统最佳阻尼比的解析匹配方法;最后,通过实例设计与数值优化对比验证其有效性。结果表明,该方法与数值优化结果的相对偏差小于5%,展现出较高的准确性和实用性。与传统方法相比,该解析方法给出了简洁、实用的解析表达式,直观展现了车辆参数与悬架最佳阻尼比的对应关系,避免了数值计算的复杂性,不仅能便于工程技术人员使用,且可有效服务于实验实训。
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  起重机温度自补偿恒速落幅控制研究

  刘增光, 冯珂, 岳大灵, 魏列江, 苏利强, 高宏飞

  液压与气动. 2025, 49(2): 108-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.012

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  针对起重机落幅负载压力变化和油温干扰因素引起的落幅速度不均衡与操控困难问题,提出一种具有温度自补偿机制的恒速落幅控制方案,实现宽温域工况下的恒速落幅控制。通过分析起重机恒速落幅原理及变幅平衡阀流量特性,确定了变幅平衡阀流量与落幅角度相匹配的控制方法;利用AMESim软件获取的变幅平衡阀先导-流量-压差特性数据,构建了落幅控制器模型;在此基础上进行25、45、65 ℃三种油温的恒速落幅系统仿真,并结合实验进行验证。结果表明,该方案在宽温域工况下的恒速落幅角速度与设定信号的平均误差小于5%,可有效克服油温干扰,实现起重机的自动恒速落幅控制,为起重机控制系统优化提供一定参考。
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  一种仿乌龟的气动软体四足机器人设计与实现

  吴雨昕, 钟伟, 李露伟, 邵将, 顾小玉

  液压与气动. 2025, 49(2): 118-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.013

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  为了应对气动仿生机器人在越障和爬行等步态控制方面的挑战,设计了一种仿红耳滑龟的四足气动软体爬行机器人。该机器人包含四个两段式气动网格结构的软体驱动器,用以模拟龟腿的结构和运动。基于有限元分析对该结构参数进行了分析和优化;进行了不同时序控制下的单腿性能测试;测试了软体机器人在直行爬行、转弯和面对障碍物时的运动性能。结果表明,软体机器人具有卓越的适应能力和稳定性能,直线爬行最大速度可达到50 mm/s,在刚性表面转弯可达到45 (°)/s,可以跨越高度为25 mm的障碍物。其卓越的适应性和稳定性能使其在搜救、探测和检查等领域具有实际应用潜力。