2026年, 第50卷, 第9期　刊出日期：2026-09-20

  

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元件分析与优化
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  有限转角力矩电机直驱液压伺服转阀高精度控制

  史有程, 李雨泽, 王泽阳

  液压与气动. 2026, 50(9): 11-18. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.002

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  针对有限转角力矩电机面临的电感滞后与直驱液压伺服转阀高刚度旋转液动力耦合干扰难题,提出双重模型前馈离散积分滑模控制策略。针对传统纯滑模控制起步死区长且易诱发稳态高频抖振的问题,引入机械模型前馈主动抵消复位弹簧与稳态液动力,有效卸载弹性负载并抑制抖振;针对单一机械前馈无过驱动导致的响应迟滞局限,叠加逆电模型前馈,在指令突变瞬间生成过驱动电压,主动克服线圈电感滞后。高保真对比仿真表明,该策略将起步死区压缩至0.6 ms,阶跃上升时间较单一前馈进一步缩短38.5%至8.0 ms。7 MPa台架试验进一步验证了该策略的实际效能,系统实测阶跃上升时间约为8.2 ms,稳态跟踪误差收敛至0.04°。
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  十进制编码电液数字阀的流量特性分析

  李跃松, 史孬, 张贻哲, 徐佳丽, 赵重诺

  液压与气动. 2026, 50(9): 32-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.004

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  电液数字阀具有线性度好、可靠性高的特点,是液压数字化的基础元件。为解决二进制编码阀组需要大量开关阀和高速开关阀冲击大流量小的问题,提出了一种十进制编码电液数字流量阀,其输出流量值呈自然数数列比例关系。相比二进制编码阀组,在开关阀数量相同的情况下,该阀可实现的流量调节范围更广、精度更高;与高速开关阀相比,其控制流量更大且冲击较小。首先介绍了该阀的结构与工作原理,建立了流量特性模型,并结合步进电机模型与电磁铁动态模型,构建了相应的Simulink仿真模型,最后通过试验测得了实际流量特性。结果表明:在供油压力为3 MPa时,该阀的输出流量值是离散的,流量范围为0～19.3733 L/min,分辨精度约为0.1294 L/min,流量与输入信号之间呈线性关系,无明显滞回现象;额定输出下,阶跃响应时间小于0.07 s,理论值与试验值吻合较好。
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  轴向柱塞泵内不稳定流动及流致噪声特性研究

  古典林, 汤何胜, 赵申诞, 金玉柱, 高丽陕, 綦法群

  液压与气动. 2026, 50(9): 39-46. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.005

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  针对轴向柱塞泵内部不稳定流动复杂导致流致噪声难以预测的问题,提出一种流-固-声多场耦合计算方法,对泵内不稳定流动、壳体振动及流致噪声进行系统分析。首先,采用Smagorinsky大涡湍流模型,将柱塞与缸体设置为旋转域,利用变形几何与运动方程模拟柱塞往复运动。其次,基于Lighthill声类比将流场应力张量及法向质量流映射至声学网格作为声源,以声压与壳体表面法向量作为振动激励,构建COMSOL多物理场耦合仿真模型。最后搭建试验平台验证算法准确性。研究表明:油液在配流盘阻尼槽处呈射流状流出,压力与速度突变诱发压力脉动,该脉动作用于泵体内壁面形成激励力,激发壳体振动并辐射流致噪声。内部流体声源峰值可达160 dB,经泵体结构传递后噪声显著衰减,壳体辐射噪声降至约40 dB;流致噪声在全频带内呈宽频特性,声压级随频率升高逐步降低;壳体辐射噪声的试验总声压级为63.79 dB,数值仿真结果为53.43 dB,两者结果相吻合,验证了所提计算方法的准确性。
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  伯努利吸盘喷嘴结构设计及仿真分析

  王志帅, 王海涛, 凌青, 黄震, 庞卓锐

  液压与气动. 2026, 50(9): 47-54. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.006

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  目前半导体行业中对硅片的搬运提出了低破片率和节能的要求。伯努利吸盘因其结构简单、无污染等特点被广泛应用于搬运行业中。由于伯努利吸盘在吸附硅片时会对硅片产生较大正压值,从而形成较大的剪切应力使硅片破损,同时吸盘的耗气量也造成较大能源浪费。因此为了解决这些问题,对吸盘喷嘴进行结构设计。喷嘴作为伯努利吸盘的核心结构,其不同形状结构、不同设计参数对吸盘整体的压力分布以及耗气量有着决定性的作用。为了使吸盘在满足低破片率的情况下实现耗气量小的设计目标,利用CFD对矩形、三角形、圆弧形三种形状的喷嘴以及0.3、0.4、0.5 mm三种不同喷嘴高度进行数值模拟仿真,确定合适的评价指标,获取吸盘半径与底部静压的曲线,得到0.4 mm高度圆弧形喷嘴的吸盘结构性能最优。
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  皮囊式衰减器工作特性的数值计算研究

  聂硕琪, 胡军华, 叶凡, 曹树平, 罗小辉

  液压与气动. 2026, 50(9): 55-62. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.007

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  疏水系统对于水下航行器的正常运行至关重要,采用皮囊式衰减器是降低此类系统管道噪声、提升水下航行器整体稳定性、可靠性以及隐蔽性的有效途径。基于理想气体状态方程与Ogden超弹性本构方程,采用任意拉格朗日-欧拉法对稳定工况下皮囊式衰减器的橡胶气囊及流体域形态进行了数值仿真,并结合声学仿真软件Actran计算了该衰减器的噪声传递损失。研究结果表明:任意拉格朗日-欧拉法可以有效处理橡胶材料大变形及双向流固耦合问题;在稳态工作条件下,橡胶气囊呈现类三叶状形态;该衰减器可在较宽的频率范围内显著抑制噪声。
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  阀控液压回转-机械直线执行器的控制特性

  路珍, 张佳瑞, 葛磊, 赵磊, 祁军霖

  液压与气动. 2026, 50(9): 103-111. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.012

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  针对单出杆液压缸两腔面积不一致导致的流量不匹配的问题以及纯电动缸功率密度低的短板,提出一种液压回转与机械直线转换复合驱动方案,采用马达代替伺服电机驱动滚珠丝杠带动活塞杆动作,具有对称控制、容腔小、可变量、功重比大等优势。搭建了阀控液压回转-机械直线执行器系统的仿真模型,并构建试验样机的测试平台验证该执行器的可行性,采用位置闭环控制,融合速度前馈控制方法,探究该执行器机构的控制特性。研究结果表明,基于速度前馈位置的闭环控制策略阀控执行器系统,具有良好的位置控制特性,与设定位移的误差最大约为0.606 mm。
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  静压支承参数对液压马达连杆滑靴形变影响

  董朋鹏, 常宁, 程逾豪, 张寅, 陈家恒, 张建洋

  液压与气动. 2026, 50(9): 112-121. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.013

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  液压马达广泛应用于高端制造、工程机械和船舶军工等领域。连杆滑靴与曲轴之间的滑靴副是曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的关键承载摩擦副,严重影响马达的工作性能和运行效率。高压承载过程中连杆滑靴的变形将进一步恶化滑靴副油膜性能。建立连杆滑靴结构受力数学模型,采用结构有限元分析方法,探究了连杆滑靴静压支承参数对结构变形的影响。结果表明,正常参数下滑靴底面的最大变形为0.014 mm。侧倾对滑靴面变形影响最大,最大变形量增大42.85%。阻尼孔由0.5 mm增大为0.9 mm时,滑靴面最大变形减小38.89%。油室面积的增大可抑制滑靴面的形变。为液压马达滑靴副结构设计与性能优化提供理论基础。
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  空气蝶阀调压系统出口压力稳定性研究

  翟富刚, 王子源, 赵润远, 常芮豪, 赵永成

  液压与气动. 2026, 50(9): 122-134. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.014

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  飞机在高空低温条件下工作时,发动机短舱唇口会发生结冰现象,为保证飞行安全,通常配备热气防冰系统。空气蝶阀作为热气防冰系统的重要元件,其出口压力稳定对飞机发动机防冰有着重要影响。目前,空气蝶阀通常采用机械伺服结构,存在出口压力稳定性差的问题,易造成防冰失效或能源浪费,因此需要对空气蝶阀出口压力的稳定性进行分析。首先对空气蝶阀调压系统进行数学建模,探究了出口压力主要的影响参数;通过流场仿真,得到了蝶板扭矩随入口压力的变化关系;最后搭建了空气蝶阀AMESim仿真模型,研究了结构参数对出口压力稳定性的影响规律。研究结果表明,控制阀弹簧刚度、先导阀锥口孔径、蝶板负载扭矩对空气蝶阀出口压力产生影响较大。通过优化上述参数,能够有效降低出口压力的波动范围,提高空气蝶阀的出口压力稳定性,对提升防冰系统的可靠性和飞行安全具有重要意义。
系统设计与研究
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  基于液压变压器的动力输出系统压力-转速协同控制研究

  张思晗, 李世振, 时文卓, 李希彬, 刘颖昕, 赵丹瑶

  液压与气动. 2026, 50(9): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.001

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  为抑制波浪能液压动力输出系统的主回路压力脉动与变量马达转速波动,并消除传统阀控节流损失,提出一种基于液压变压器的压力-转速协同控制方法。为实现该控制方法,设计了基于液压变压器的新型液压动力输出系统,该系统用变量泵与定量马达组成的液压变压器替代传统的比例流量阀,通过容积式压力-流量转换实现液压能传递,同时结合变量马达排量调节,使系统在波高和周期变化时保持较稳定的主回路压力和输出转速。基于Simulink和AMESim联合仿真建立阀控节流调速式液压动力输出系统模型和基于液压变压器的新型液压动力输出系统模型,设置波高降低、周期缩短等变波况进行对比仿真。结果表明,与传统阀控节流调速式液压动力输出系统相比,基于液压变压器的新型液压动力输出系统在改善转速恒定性的同时,能够减小主回路压力波动,并且在波况突变时展现了更快的响应特性,为波浪能液压动力输出系统的节能优化提供了全新思路。
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  基于年龄自适应非支配排序遗传算法-Ⅱ的2D阀先导级参数分析与多目标优化

  戴权超, 赵建涛, 董凯翔, 安毅强, 李胜, 阮健

  液压与气动. 2026, 50(9): 19-31. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.003

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  2D阀导控级的结构参数对工作特性存在交叉影响,不合理的参数可能会产生振动、啸叫等问题。首先建立了2D阀的AMESim仿真模型,研究了关键参数对动态特性的影响,然后推导了传递函数,并根据劳斯稳定判据得到了稳定性模型。针对响应速度与稳定性相互制约的问题,提出一种自适应非支配排序遗传算法-Ⅱ,引入个体年龄动态调整交叉变异概率,并通过拥挤度惩罚机制来提升帕累托前沿的分布均匀性。以流量增益和幅值裕度最大化为目标求取帕累托前沿,最后将优化前后的结果进行对比。7 MPa系统压力下,优化后的2D阀阶跃响应速度提升4 ms、幅频宽提升15.5 Hz、相频宽提升11 Hz,为2D阀结构设计提供了一定的参考。
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  基于物理信息神经网络的复杂管道流场加速求解方法

  聂虹宇, 陶建峰

  液压与气动. 2026, 50(9): 63-70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.008

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  复杂管道的各部分存在着耦合关系,使得难以利用经验公式或单一的理论方法对其流场进行准确预测。传统的CFD方法虽然能求解复杂管道的耦合流场,但存在计算时间长、内存占用大等问题。为此,研究了基于物理信息神经网络的数据驱动复杂管道流场预测方法,基于CFD计算数据构建训练集,训练物理信息神经网络模型用于复杂管道流场的加速求解。该模型通过将物理约束直接嵌入损失函数,仅需少量训练数据即可完成网络训练,通过输入流场的位置坐标,能够输出流场的压力、流速,实现对流场的较高精度重构,完成对流场的快速准确预测。研究结果表明,在压力场L2相对误差为1.03%、速度场L2相对误差为13.28%的前提下,物理信息神经网络模型能够缩短94.52%的计算时间,显著提高复杂管道流场的求解效率。
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  矿用全地形运输车转向系统设计与动态特性研究

  陈楠, 谢贺龙, 陈子博, 赵子炎, 谢方伟, 田祖织

  液压与气动. 2026, 50(9): 71-82. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.009

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  针对矿用全地形运输车窄巷道作业面临的转向不同步问题,为提升其操纵稳定性与作业可靠性,开展转向系统结构设计及影响因素分析。采用SolidWorks完成转向结构三维建模,通过ANSYS开展有限元仿真,验证了结构强度与动力学稳定性。基于Simulink和AMESim分别搭建动力学与液压系统仿真模型,揭示偏载、冲击及阶跃载荷通过改变车轮受力状态,引发左右轮转向速度持续失衡的力学规律;明确液压系统压力与流量呈耦合响应,马达输出扭矩与进出口压差成正比的流体特性。研究成果为矿用全地形运输车转向系统优化设计提供了理论与技术支撑,对提升井下辅助运输效率具有重要工程价值。
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  基于多物理场耦合的气动人工肌肉结构参数影响与性能分析

  王赟康, 张浩然, 王真, 王凤龙, 段丞博, 徐春龙

  液压与气动. 2026, 50(9): 83-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.010

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  气动人工肌肉作为一种典型的软体驱动系统的核心组件,其性能受多物理场耦合与几何结构的影响,具有广阔的应用前景。从热力学与动力学角度,基于绝热系统假设、理想气体状态方程、几何约束关系及力学平衡条件,建立了耦合模型,研究了气动人工肌肉的工作机理与影响因素。揭示了气体肌肉内部气压变化与轴向收缩运动的内在关联。设计了以气囊-纤维网为核心的试验装置,通过控制初始直径、初始长度、气囊形状及编织网结构等参数,结合数值仿真,对模型进行了验证。结果表明:增大气动人工肌肉的初始直径、延长初始长度或采用接近条状的气囊结构,可显著提升其收缩能力与进气容量,但会导致响应时间延迟、动态响应性能下降;理论模型的数值模拟结果与试验的变化趋势和关键参数具有较好的一致性,验证了模型的有效性。为气动人工肌肉的结构优化设计及应用提供了理论依据。
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  基于张量融合与双注意力机制的多源信号故障诊断方法研究

  赵阳, 姜万录, 唐恩宇, 宋子旭, 张梦达

  液压与气动. 2026, 50(9): 92-102. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.09.011

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  针对传统旋转机械故障诊断方法依赖振动信号而忽略了多源信号间的关联性和互补性,提出一种基于张量融合与双注意力机制的多源信息故障诊断方法。以离心泵和恒压变量泵为研究对象,采集其运行过程中的声学信号与振动信号,通过连续小波变换将原始一维信号转换为二维时频矩阵,以表征信号的时频特性。随后,引入基于张量融合的双注意力机制特征融合框架,将声学与振动信号对应的时频矩阵构建为多通道张量数据,增强多源信号之间的特征关联性。双注意力机制对融合样本进行特征学习,空间注意力机制用于提取时频矩阵中的局部关键信息,通道注意力机制用于强化不同通道特征之间的相关性。通过离心泵和恒压变量泵两个实验案例验证了所提方法的有效性。结果表明,与现有方法相比,该方法在保证较高故障诊断精度的同时,能够有效降低硬件要求,具有较好的工程应用潜力。