2025年, 第49卷, 第5期　刊出日期：2025-05-15

  

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元件分析与优化
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  偏转板射流阀断载压力特性理论模型

  王建森, 何春阳, 文小莉, 景海, 李恒, 李少年

  液压与气动. 2025, 49(5): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.001

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  偏转板射流阀常用作两级电液伺服阀的前置级,其断载压力特性直接影响着电液伺服阀主阀的启动能力。为了快速准确的获得偏转板射流阀的断载压力特性,将偏转板射流流场划分为一次射流、偏转板压力恢复、二次射流和接收腔压力恢复四个区域。在考虑喷嘴一次射流区三维射流及边界层效应的基础上,利用射流冲击理论建立了偏转板射流阀的压力特性方程。与传统不考虑边界层效应的平面射流理论模型相比,该模型得到的射流流场速度分布规律与CFD计算结果的一致性更好。经偏转板射流阀断载压力特性实验验证,该模型所得结果与实验数据相比最大偏差为9.7%,为偏转板射流阀及相应电液伺服阀的进一步分析奠定理论基础。
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  柱塞泵微织构配流副流体动力承载特性仿真研究

  欧阳光明, 葛磊, 孙斌, 肖刚, 廖名辉, 张宏博

  液压与气动. 2025, 49(5): 11-19. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.002

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  柱塞泵配流副支撑与摩擦特性直接关乎泵的可靠性与寿命。构建多种形状微织构模型,通过Fluent软件对整泵全流域进行仿真研究,比较各类微织构油膜动压特性与支撑力,进一步研究斜方体微织构倾角和转速对油膜性能的影响。研究表明:各类微织构均表现出一定动压特性和支撑力的提升,其中斜方体织构优于其他织构;配流副动压效应与泵转速正相关,但随着斜方体织构倾角增大而先增大后减小,产生最大动压值0.1455 MPa;当斜方体织构倾角75°时油膜支撑力最小,15°时摩擦力最大;不同转速下,油膜最大摩擦系数对应的斜方体织构倾角不同;且转速大于2000 r/min时,倾角越大对摩擦系数的影响越大,相反,转速低于2000 r/min,倾角越小对摩擦系数影响越大。
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  考虑径向间隙与回油压力的对称均等正开口液压滑阀压力特性分析

  陈景, 潮群, 汪文涛, 刘成良

  液压与气动. 2025, 49(5): 29-35. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.004

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  在考虑了回油压力和径向间隙的基础上,分别建立了匹配和不匹配对称均等正开口滑阀的无因次压力特性数学模型,得到了正开口滑阀的压力特性曲线,并与实验结果对比,分析了滑阀匹配性、回油压力和径向间隙对滑阀无因次压力特性数学模型精确度的影响。结果表明:当数学模型忽略滑阀不匹配性、回油压力和径向间隙时,最大计算误差分别为27%、16%和6.5%,零位计算误差分别为27%、7%和2%。在阀芯移动超过75%正开口量时,忽略径向间隙会增大A、B口压力计算误差。在正开口量范围内忽略回油压力和滑阀的不匹配特性均会增大A、B口压力计算误差,最大值分别为78%和50%。但忽略滑阀不匹配特性会显著增加工作口的零位计算误差。该模型可以为对称不匹配正开口滑阀设计提供理论支持和参考。
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  冲击载荷下高压大排量径向柱塞泵滑靴副磨损特性

  李少年, 王凯峰, 李福豪, 付丽婷, 茹常旭

  液压与气动. 2025, 49(5): 36-46. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.005

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  为探究冲击载荷下高压大排量径向柱塞泵滑靴副的摩擦磨损特性,依托ANSYS Mechanical软件,编写ANSYS参数化设计语言程序,建立了径向柱塞泵定子-滑靴接触面瞬态摩擦磨损模型,计算不同工作压力、冲击压力幅值与冲击次数下的定子-滑靴动态摩擦磨损,并开展滑靴副磨损试验。结果发现:在0~0.6 s瞬态过程中,磨损区域分布在滑靴面中心油池与均压槽间,滑靴面存在偏磨现象,滑靴销接孔处应力集中,仿真与试验相对值的平均误差为8.99%。通过对三组单因素正交试验显著性分析及Kriging插值拟合,得出滑靴磨损的正交敏感度依次为冲击次数、冲击压力幅值、工作压力。在60 min内3次冲击摩擦试验下,试件磨损量为824.1379 mm³,可见冲击载荷严重影响滑靴结构,证实了仿真模型对滑靴副磨损的有效预测能力。
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  超高压大通径快开阀流量特性与气动力数值研究

  高隆隆, 李永杰, 王坚, 韩书永, 陈爱锋, 李宝仁

  液压与气动. 2025, 49(5): 47-55. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.006

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  超高压大通径快开阀作为某超高压气体释放装置的核心部件,其流量特性及气动力对系统性能具有决定性作用。建立快开阀质量流量模型并基于CFD技术进行数值仿真。计算得到不同阀口开度及开启压力下的流量系数,分析流量系数随阀口开度增大而减小的原因是非雍塞流的形成和涡流引起的能量损失。对快开阀所受气动力进行数值仿真,定量计算了快开阀阀芯锥面和端面所受稳态气动力,并分析了其数值充分满足快开要求。以数值拟合的方式得到阀芯所受气动力的数学模型。研究结果为快开阀优化设计及试验验证提供理论支撑。
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  超高压大流量水压比例卸荷阀动态特性分析

  刘宇, 刘银水, 刘勇, 王振耀

  液压与气动. 2025, 49(5): 73-80. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.009

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  现有开关式高压大流量电磁卸荷阀存在压力难以调控、供液不连续等问题,难以满足泵站供液系统的快速响应且能按需调节高压泵输出压力的需求。为此研制了比例先导阀控制主阀阀芯位移的卸荷阀,实现用液量按需快速供给、压力多区间调控。通过AMESim仿真软件搭建卸荷阀仿真模型,研究了主阀弹簧腔、主阀弹簧刚度、主阀弹簧预紧力和阻尼孔直径大小对主阀动态特性的影响规律,并进行试验验证。结果表明:弹簧腔容积减小,缩短了卸荷阀升压和卸压时间;弹簧刚度和预紧力主要影响残余压力和卸压时间;阻尼孔直径主要影响残余压力和升压时间。确定结构参数,通过样机进行试验验证,样机升压时间为388 ms;卸压时间为436 ms;残余压力为1.88 MPa。
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  高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴组件的动力特性分析

  龙运伟, 陈溪奉, 邵雪嵩, 贠振刚, 李少年

  液压与气动. 2025, 49(5): 81-88. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.010

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  针对高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副失效问题,开展柱塞-滑靴组件的动力特性分析。首先建立柱塞-滑靴的动力学模型,采用流场仿真方法分析柱塞腔的压力变化,然后利用多体动力学仿真软件求解柱塞-滑靴之间的作用力,最后应用增广拉格朗日法和有限元软件的稳态结构分析柱塞和滑靴变形和应力。结果显示,随着负载压力、斜盘倾角、转速的增大,柱塞腔负压和排油压力增大、柱塞-滑靴组件作用力也增大;柱塞最大应力和变形分别为80.4 MPa、0.0213 mm;滑靴最大应力和变形位于滑靴的收口部位,数值分别为168.4 MPa、0.0057 mm,为高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副设计提供一定参考。
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  高压电磁阀密封圈对动态特性的影响分析

  万竞择, 魏东, 赵永立, 刘红宝, 臧辉

  液压与气动. 2025, 49(5): 128-136. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.015

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  为了研究密封元件动密封对电磁阀动态特性的影响,在高压电磁阀应用案例的基础上,建立了先导式电磁阀的AMESim仿真模型,选取三种典型密封元件,挡圈、O形圈、泛塞圈,分别计算了其对电磁阀动态特性的影响。计算结果表明:挡圈密封效果较差,导致电磁阀主活门启闭动作易受环境温度影响,且启闭动作产生的冲击较大;O形圈密封效果较好,但与电磁阀主活门的动作特性不匹配,因此提出了上密封面开卸压槽的解决方案;泛塞圈适用于常温、超低温工况,但两种工况下密封效果差别较大,因此同时提出了系统的设计上应考虑的措施,避免对阀门的动态特性造成影响。
系统设计与研究
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  深海舷外集成式液压源设计及试验研究

  龙雷, 胡浩龙, 刘立崴, 沈雪, 钱宇, 刘银水

  液压与气动. 2025, 49(5): 20-28. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.003

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  针对深海液压系统在多执行机构复杂工况下的需求,开展了深海液压源技术方案的系统研究,提出一种电机外置式的深海舷外集成式液压源构型。该构型将补偿油箱、电机和油泵集成为一体,具备流量、压力和功率控制等多种功能,能够适应不同工况下的液压驱动需求。液压源的额定压力为21 MPa,最大流量可达90 L/min,满足深海作业过程中对高压、大流量液压动力的需求。此外,设计并开展了一系列性能验证试验,包括陆上功能试验和压力筒试验。结果表明,深海舷外集成式液压源在高压环境下运行稳定,各项性能指标均达到设计要求,为深海液压系统提供了一种高效、可靠的解决方案。
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  挤压-剪切复合模式下磁流变液传动装置传动性能研究

  李昊鹏, 肖鹿, 陈飞, 田祖织, 谢方伟, 王书友

  液压与气动. 2025, 49(5): 56-63. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.007

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  磁流变传动装置具有可控性高、响应速度快、功耗低等优点,通过引入挤压强化效应,可有效提升传动装置传动能力。通过分析挤压-剪切复合模式下的磁流变液磁能,推导了复合模式下磁流变液转矩传递表达式,发现挤压引起颗粒距离减小,使得屈服应力增加。提出了一种基于液压挤压的复合模式传动新方法,设计了具有轴向压力调节功能的盘式传动装置,并测试了其传动性能。结果表明:装置在2 A励磁电流和306 kPa挤压应力下,输出转矩为174 N·m,较单一剪切模式输出转矩提升85%,传动效率为87%,动态响应时间为372 ms。挤压效应增加了磁流变液传动装置的传动转矩,但不影响零场转矩、静态特性和动态响应时间。研究为高功率密度磁流变传动装置设计提供了理论依据和技术方案。
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  基于三维流固耦合模型的往复密封性能特性

  张阳, 周如林, 袁晓明, 张宗进, 郑泽, 辛运锋

  液压与气动. 2025, 49(5): 64-72. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.008

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  拉伸比是影响往复密封润滑状态的重要因素。传统的轴对称模型忽略了周向拉伸的影响,过于简化问题,处理非线性问题的精度不足。此外,密封表面的微观形貌会影响密封界面流动状态。因此,提出了结合O形圈微观形貌的润滑模型以及三维仿真模型。探究不同拉伸比下宏观接触应力及油膜厚度的分布规律。结果表明:随着拉伸率的增加,出程和回程的最大接触压力逐渐减小,油膜厚度增加。仿真结果与试验结果高度吻合,其中摩擦力的计算结果与试验结果的误差在12.65%左右。
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  螺旋管式液力惯容器动态特性研究

  刘华明, 夏令辉, 许小伟, 王石磊

  液压与气动. 2025, 49(5): 89-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.011

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  为研究螺旋管式液力惯容器工作的动态特性,建立其数值模型,运用动网格及用户自定义函数技术仿真液力惯容器内部流场的动态变化过程,获得了不同时刻的速度场和压力场分布状态,分析了液力惯容器内部流场的动态特性。通过台架试验,对液力惯容器施加匀速输入、方波输入和正弦输入三种激励条件,探究了激励形式和冲击速度对液力惯容器螺旋管压降、流速和摩阻系数的影响规律。结果表明:液压油在螺旋管接口处集中发散,液压缸内形成明显涡流,随着缓冲进行涡流变强,速度分布不均;方波激励下压降最大,匀速激励次之,正弦激励下压降最小;冲击速度与液力惯容器螺旋管压降成正比,与摩阻系数成反比。研究结论为液力惯容器的优化设计提供了理论依据。
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  基于泵-双阀芯多路阀动态协同起重机变幅机构性能研究

  张硕, 杨敬

  液压与气动. 2025, 49(5): 98-109. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.012

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  现有的起重机变幅液压系统存在节流损失大和小流量精细作业控制精度不高的问题,为此设计了一种双阀并联泵阀协同系统。但系统中泵与双阀动态响应不一致,导致在模式切换点处出现流量波动,引发冲击振动。针对以上问题,首先对双阀芯与泵源三者的动态特性进行理论分析,在此基础上提出一种基于手柄控制信号的多模式分段控制策略,然后采用AMESim和MATLAB/Simulink软件对系统进行联合仿真。结果表明:双阀并联泵阀协同系统具有小流量微动控制时的高精度,最小稳定流量可以达到5 L/min;所提出的系统控制策略在模式切换时能够基本消除系统的流量波动,切换点处流量波动量减少56.7%。
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  电静液直驱系统的六自由度平台及运动控制

  乔建飞, 丁问司

  液压与气动. 2025, 49(5): 110-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.013

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  六自由度平台因其高精度、高承载力和高刚性等优越性能被广泛应用于各个领域。为满足质子刀手术病床的空间运动和定位需求,研发一套六自由度运动定位平台。首先,基于工作空间使用需求,对六自由度平台进行合理的结构设计;其次,对控制系统硬件进行选型并对STM32控制器和上位机LabVIEW进行编程设计;然后,制作六自由度平台样机,调试控制算法参数;最后,实验探究BP-PID控制算法和非线性PID算法对不同负载工况的适应能力、主从协同控制策略下从动缸实时跟踪误差和六自由度平台整体结构定位误差。实验结果表明:单支电静液作动器在不同负载工况的位置控制过程中,BP-PID算法比非线性PID算法快速性更好、自适应能力更强,且两种算法几乎无超调。六自由度平台运动过程中从动缸实时协同误差在0.43 mm以内,平台定位精度小于0.05 mm/0.1°。
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  正流量挖掘机工况分析及控制策略研究

  曹原, 程市, 白书战, 梁昌水, 田月

  液压与气动. 2025, 49(5): 118-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.05.014

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  由于正流量挖掘机传动系统中的动力源、动力传递元件独立控制,以及液压系统全工况下全局统一的控制技术,导致整车动力传动系统协同作业效果差、燃油经济性得不到充分发挥。为提高整车燃油利用率,以90°装车作业工况为基础,研究了整车作业过程;以机构液压先导压力信号为基础,将作业工况分为4 个阶段;结合发动机及液压泵运行表现,分析了不同作业阶段的负载变化特征、响应性需求;同时根据驾驶员操作,分析了影响挖掘机整车燃油经济性的评价指标,确定了燃油经济性的影响因素,提出了挖掘机90°装车作业工况的整车控制策略。对比原车测试数据,结果表明:采用协同控制策略可使发动机、液压泵趋向于在最佳状态工作;相比优化前各挡位,在效率相当的前提下,燃油效率可提升10.2%~12.1%。