2025年, 第49卷, 第7期　刊出日期：2025-07-15

  

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元件分析与优化
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  高转速轴向柱塞泵滑靴盘替代选材的研究

  陈晋市, 李传玺, 韩绍斌, 王景炎, 王翟

  液压与气动. 2025, 49(7): 1-11. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.001

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  斜盘轴向柱塞泵滑靴副在高转速、大负载作业工况下,滑靴盘局部温度升高接近材料回火温度,从而因残余奥氏体相变造成材料表面膨胀、静压支撑油膜形成困难、表面硬度和耐久度降低等系列问题。基于此,以提升高转速作业下轴向柱塞泵摩擦副的摩擦磨损性能为前提,通过成分分析、高温处理、摩擦磨损等相关实验将替代选材与成品样件进行对照分析。结果表明,B材料具有良好的综合性能,其室温下平均表面硬度相较于原有成品件材料提高约17.7%;经400 ℃恒温环境存放10 h后B材料表面硬度仍能维持在700 HV以上,表面平均最大形变不超过1 μm,平均磨损量较成品件降低约5.9％,验证了适用于高转速运行工况下斜盘轴向柱塞泵滑靴盘替代选材的可能性,为后续高转速轴向柱塞泵滑靴盘选材研究提供了参考。
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  大直径宽温域磁性液体密封耐压性能分析

  郭昀奇, 李德才, 戚志强, 李柳

  液压与气动. 2025, 49(7): 12-20. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.002

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  大直径磁性液体密封在宽温域环境中易形变,导致其最大工作压力下降,即密封耐压能力下降。为解决上述问题,推导了考虑温度影响的磁性液体密封耐压公式,测量了不同温度下磁性液体的饱和磁化强度,对大直径宽温域磁性液体密封进行了温度-结构-磁场耦合仿真分析,分析了密封在-60~+80 ℃的结构形变。分析了密封形变后的磁场分布,计算出了不同温度下磁性液体密封的理论耐压值,从而阐明了磁性液体密封耐压能力变化的原因,为宽温域大直径磁性液体旋转密封提供了一种新的设计方法。经过密封实验验证,使用该方法设计的磁性液体密封满足了密封设计要求。
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  起落架减震支柱T形静密封性能仿真分析

  黄廷朕, 潮群, 刘成良, 许敏, 吴轩, 罗皓

  液压与气动. 2025, 49(7): 33-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.004

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  油气式减震支柱是飞机起落架的重要组成部件,其密封性能的优劣直接影响起落架减震性能以及飞机起降过程的安全性。选取某型飞机起落架减震支柱用T形密封圈,使用MSC.MARC有限元软件建立其静密封模型,模拟T形圈的装配和受压过程,仿真得到密封圈表面接触应力、Von Mises应力和应变云图。分析密封圈尺寸结构、压缩率、工作压力对密封性能的影响规律。结果表明:当T形橡胶与挡圈接触处的圆角半径小于0.9 mm时,橡胶出现自挤压现象;增大圆角半径至1.2 mm以上,自挤压现象消失,该处的Von Mises应力减小;圆角半径的变化对密封接触面应力的影响较小。随着压缩率从26.84%降低到19.82%,密封面接触应力和有效密封宽度分别减小9.22%和23.15%。在保证挡圈和T形橡胶能完成装配的条件下,减小密封槽高度获得的密封圈最小压缩率为14.56%。当工作压力逐渐上升至50 MPa,密封面最大接触应力增加238.82%,有效密封宽度下降8.45%,仍能有效密封油液。
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  多孔质节流器的材料特性测试及应用验证

  张楚鹏, 周佳, 种林坤, 孔德伟, 陈肖

  液压与气动. 2025, 49(7): 67-76. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.007

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  多孔石墨材料的渗透率和孔隙特性对多孔质节流器具有重要影响,而节流器是气浮导轨的关键组成部分。为了有效应用多孔质节流器,采用可压缩 Darcy-Forchheimer 方程对实验数据进行拟合,测定了五种不同孔隙率(18%、17%、13%、12%、11%)的多孔石墨的渗透率及惯性系数。在此基础上,建立了包含惯性系数和孔隙率的CFD模型,拟合多孔介质内部的流速与压降,误差在5%以内。进一步在不同供气压力和负载条件下,分析了五种不同石墨材料节流器的承载能力和气膜刚度。结果表明,低渗透率的石墨材料具有更优的刚度性能,在0.45 MPa供气条件下,气浮块的稳定性得到了显著提升。基于此,采用低渗透率节流器搭建了一种可调节气膜厚度的气浮导轨实验平台,并利用基恩士激光传感器对导轨工作面直线度进行检验,结果运动直线度误差优于2.5 μm/600 mm。
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  变排量对置柱塞泵进油阀响应特性研究及优化

  贾晨, 原霞, 何超, 杨伟, 陈燕, 李正禄

  液压与气动. 2025, 49(7): 98-106. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.010

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  为了降低工程机械中的功率损失,提出一种新的变排量对置柱塞泵。该泵在传统单柱塞泵的基础上增加了一个柱塞,两柱塞对称布置,既减弱了压力波动、消除了单柱塞泵的不平衡力,又可通过调节柱塞相位差实现变排量。采用等效建模法建立并验证了变排量对置柱塞泵的AMESim模型。将该泵与传统柱塞泵的配流阀滞后时间进行了比较,发现存在滞后现象但滞后时间相对较短,导致泵性能下降,故对比分析了进油阀不同参数对配流阀滞后的影响规律,并采用正交法优化了参数。结果表明:进油阀参数均对进油阀关闭滞后时间有较大影响,进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了10.9、10.72、1.73 ms,而随阀芯质量的增加延长了5.7 ms;参数归一化后得到进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了61.6%、84.1%、8.9%,随阀芯质量的增加而延长了37.1%;正交优化后仿真模型的进油阀关闭滞后时间缩短了81.43%,有效降低了回流损失,提高了泵的性能。
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  电磁式高速开关阀节流区域流场分析与结构优化

  刘海超, 吴进军, 周天丰, 李亮

  液压与气动. 2025, 49(7): 107-115. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.011

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  为提高电磁式高速开关阀的线性调控能力,达到精准控制制动液流量的效果,引入了一种表征径向力对阀芯轴向受力的影响因子。通过增压阀内部流场数值模拟分析,发现阀座和阀芯现有结构在康达效应下显著影响制动液射流以及阀内流场非对称出口等因素,增加了阀芯端部节流区域流场涡流生成概率及流动失稳,导致阀芯在开闭行程中受到较大径向力。通过减小阀芯球面节流无效区、在阀座增加变锥角锥面、增加中心对称出油口等措施,对结构进行优化。结果表明,新结构节流区域流场更加稳定,阀芯所受径向力在0.1 N以下,与偏置方向相反且利于阀芯自对准,有效削弱了径向力对电磁阀线性调控性、可靠性及寿命的影响。
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  基于电流特性的主蒸汽隔离快关电磁阀运动仿真与测试验证

  赵启玄, 吴进军, 黄甦, 杨翊坤, 刘心愿, 韩大地

  液压与气动. 2025, 49(7): 125-133. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.013

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  为了提供当前核电主蒸汽隔离快关电磁阀的励磁电流仿真模型和一体化测试手段,首先对核电主蒸汽隔离快关电磁阀建立了电磁阀阀芯的质量-弹簧-阻尼系统数学模型,并对其励磁电流特性进行了仿真分析;进一步基于电磁阀的电流特性原理和LabVIEW测控平台,设计了一种一体化测试装置,用其对主蒸汽隔离快关电磁阀励磁电流特性进行了测试。试验结果与运动仿真结果相比,差值不超过运动仿真结果的15%,说明检测装置软硬件设计的合理性。目前该测试方法已经应用于福清核电站5号机组上对“华龙一号”机组主蒸汽隔离阀快关电磁阀的检测中,进行了多次实际测试,结果符合预期,为其运行维护提供数据与理论支撑。
系统设计与研究
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  跟踪微分模糊PID复合控制的结晶器脱模系统分析

  刘于凯, 陈新元, 崔银, 程常桂

  液压与气动. 2025, 49(7): 21-32. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.003

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  为解决结晶器脱模系统在非线性和时变负载等复杂条件下运行时所面临的控制挑战,提出了一种结合跟踪微分器和模糊PID的创新控制策略,称为跟踪微分模糊PID复合控制。该控制拥有两个关键特征:误差信号的快速跟踪和PID参数的动态自整定。使用AMESim和Simulink进行联合仿真,结果证明:跟踪微分模糊PID复合控制在多个方面优于传统PID和模糊PID控制。首先,该控制提高了系统的响应速度,同时减少了响应滞后和稳态误差。其次,在存在高频噪声和未知大负载干扰的情况下,该控制表现出卓越的轨迹跟踪性能和更强的抗干扰能力,为结晶器脱模系统的高精度液压伺服控制提供了新的理论支持。
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  基于多源异构传感信息与有效通道注意力—卷积神经网络的液压起重机迁移故障诊断

  郭媛, 王成龙, 湛从昌, 夏欢

  液压与气动. 2025, 49(7): 43-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.005

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  液压系统动态压力信号具有非线性、多源耦合且对工况敏感等特点,导致信号复杂度高而特征辨识度低,传统故障诊断方法难以实现有效的特征提取。针对这一难题,提出一种基于多传感器协同感知的深度学习诊断框架。通过空间拓扑映射将多源异构传感器信号构建为多通道输入张量,既保持了各传感通道的独立特征表达,又实现了多模态信息的联合表征;并采用并行卷积模块架构分别提取各通道的时空特征,引入有效通道注意力机制增强故障敏感信息,实现跨模态特征优化与精准分类。实验结果表明:在UCI标准液压数据集上,对液压泵泄漏故障的诊断准确率超过95%;引入迁移学习理论,在UCI标准液压数据集上训练得到的预训练模型迁移至叉车起重液压系统,仍保持了97.65%的准确率,证明了所提算法的跨场景泛化能力,为复杂液压系统的故障诊断提供了有效的技术途径。
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  基于负载预测的节能型泵控单元稳压控制研究

  王飞, 郝钰杰, 赵慧兵, 刘克毅, 陈革新, 艾超

  液压与气动. 2025, 49(7): 53-66. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.006

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  针对泵控单元静态精度不高和动态性能受限的问题,为提高泵控单元的压力控制能力,提出了一种基于负载预测前馈补偿的模糊PID稳压控制方法。首先,建立了泵控单元中伺服电机和定量泵的数学模型;其次,设计了基于长短期记忆神经网络的负载预测算法,进行了模型的训练,优化了模型的超参数设置,计算了评价指标,进行了仿真验证;然后,对基于负载预测前馈补偿的模糊PID控制方法进行仿真分析;最后,开展试验研究,验证了该控制方法的效果。结果表明,评价指标印证了负载预测模型具有较高的预测精度;在负载预测结果作为前馈信号输入补偿的前提下,与传统PID控制器相比,模糊PID控制器在两种信号响应下的输出压力和期望压力之间的误差分别减小了72.2%和71.1%,实现了泵控单元的高精度稳压控制。
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  直压气密性检测系统节能优化研究

  杨泰, 李美亚, 张春松, 张腾, 井会锁, 郭钟华

  液压与气动. 2025, 49(7): 77-84. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.008

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  气密性测试是保障特种压力容腔密封性能的重要技术手段。直压检测法因其原理简单、操作方便被广泛运用于特种压力容腔的生产制造,但其能耗问题并未得到充分重视。针对直压检测中压缩空气单次使用后直接排放而导致的能源浪费问题,提出一种基于回收气罐的检测气体回收再利用方法,旨在设计兼具高精度检测与一键启停功能的节能型直压检测系统。通过编程软件构建人机交互界面,实现电磁阀启闭控制以及检测过程中的实时压力监测。结果表明:检测气体回收再利用方案可显著降低压缩空气消耗量,单个工件检测能耗降低16.2%,为直压气密性检测的节能优化提供了理论依据与工程实践参考。
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  采用液压绞车和蓄能器的液压挖掘机动臂势能回收再利用节能装置

  徐添, 周连佺, 杨存智, 赵永斌

  液压与气动. 2025, 49(7): 85-97. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.009

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  为了降低液压挖掘机的整机能耗,提高液压系统的能量利用率,提出了一种基于液压绞车和蓄能器的挖掘机动臂势能能量回收再利用系统。该系统通过回收动臂下降的重力势能,辅助动臂上升来降低液压挖掘机的工作压力,从而减小挖掘机的燃油量。首先,对该系统的工作原理进行了详细的阐述,建立了节能装置的数学模型。其次,基于AMESim软件对节能装置进行建模与仿真,仿真结果表明,该系统可以有效回收动臂下降的重力势能、辅助动臂上升,节能效率为55.6%左右。最后,通过搭建试验台对节能装置进行试验,验证该装置的可行性与有效性。
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  气动软体机械臂的视觉定位运动控制

  张禹, 张政, 赵文川, 彭龄慧, 王宁, 孙赫阳

  液压与气动. 2025, 49(7): 116-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.07.012

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  气动软体机械臂因其非线性强、多变量耦合复杂以及状态实时观测困难,给动态控制带来显著挑战。针对上述问题,提出一种融合视觉定位与神经网络建模的软体机械臂实时运动控制方法。该方法利用YOLOv8目标检测和半全局立体匹配算法构建视觉系统,并生成时序数据集;进一步通过长短期记忆网络模型捕捉软体机械臂动态响应规律,实现气腔压强与末端位置之间的映射建模。结果表明,与基于离散数据训练的神经网络模型相比,长短期记忆网络模型在三路气压预测中的平均绝对误差从约1.65 kPa显著降至0.44 kPa。进一步的实验结果显示,对于所提出的控制方法,软体机械臂末端在三个轴方向上平均绝对误差分别为1.503、1.506、2.825 mm,有效验证了基于视觉定位的时序神经网络控制方法在软体机械臂中的动态追踪能力。