2025年, 第49卷, 第3期　刊出日期：2025-03-15

  

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元件分析与优化
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  基于压差调控原理的多路阀特性研究

  李磊, 耿怀德, 赵星宇, 权龙

  液压与气动. 2025, 49(3): 1-7. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.001

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  针对阀前补偿型多路阀压差不可控、流量调控范围受限和流量控制精度低等问题,提出了压差主动控制原理。采用比例减压阀调控补偿器阀芯受力,实现压差比例可控,根据工况主动调节,提升流量控制范围;其次设计主阀芯位移闭环、流量增益调节与液动力补偿的变增益控制策略,实现补偿不利因素影响、拟合目标流量曲线、提高主阀流量控制精度等功能。结果表明:改变减压阀压力,主阀压差可在0~1.28 MPa 内任意调控,流量调控范围为原阀流量的0%~131%。通过主阀芯位置闭环控制,提高其位置控制精度,进而改善主阀流量控制精度,流量滞环由4.6%降至2%,与原阀相比流量滞环减小50%以上。通过主动调整主阀压差,不改变主阀芯结构,用同一主阀实现多种流量增益控制效果;通过压差控制单元输出力,平衡补偿器液动力,消除液动力等扰动对主阀压差的影响,提升了主阀流量控制精度。
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  升降式起落架油气缓冲器性能仿真分析

  张帅, 曹泽宇, 邱华, 史国昭, 俞滨

  液压与气动. 2025, 49(3): 18-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.003

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  提出了一种具备升降功能的新型油气缓冲器结构,既能满足缓冲功能,又能满足飞机装卸货物需求,通过虚拟仿真技术对该结构进行了性能参数分析。基于该新型升降式油气缓冲器的工作原理,搭建了其数学模型与仿真模型。结果表明:在一定范围内,该油气缓冲器的升降、缓冲性能与气腔初始压力呈正相关,与气腔初始容积呈负相关,但当气腔初始压力增至7.5 MPa或气腔初始容积减小至0.01 m³时,系统会出现抖动现象。研究结果为工程应用升降式起落架油气缓冲器的结构设计提供了参考,提高了设计效率和设计质量。
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  外流式滑阀流场仿真及其结构优化

  杨国琦, 刘赫, 赵星宇, 葛磊, 权龙

  液压与气动. 2025, 49(3): 26-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.004

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  针对滑阀受液动力影响难以精准控制的问题,运用Fluent软件对外流式滑阀内部流场进行仿真计算,分析阀口开度和流量变化对阀芯壁面压力分布的影响,并通过实验进行验证。从平衡阀芯壁面受力的角度提出了阀芯壁面特定径向位置上打孔的优化阀芯结构。结果表明:仿真计算的外流式滑阀壁面压力分布与实验结果趋势相同,入口壁面的径向压力分布基本相等,出口壁面的压力分布呈现阀根处大、阀口处小的状态,壁面压力峰值均随着流量的增大而增大,随着阀口开度的增大而减小;稳态液动力是油液流动导致壁面压力积分不相等产生的,优化的阀芯结构可以有效减小液动力,不同流量的平均液动力补偿效果可达到75%。
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  蝶形放气活门敏感间隙污染颗粒侵入及优化

  惠锡铭, 王欢, 尹文龙, 杜冉恒, 潘利江, 张晋

  液压与气动. 2025, 49(3): 34-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.005

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  蝶形放气活门常用于释放轴流压气机出口部分空气以防止发动机喘振。在飞行器使用过程中,空气中污染颗粒可能侵入活门关键间隙,导致阻力矩增加,甚至引发机械卡死。基于活门工作原理及使用环境,采用计算流体力学分析活门不同工况下的流场状态。依据流场条件及颗粒属性,应用计算流体力学-离散元法得到颗粒在活门中的运动轨迹和间隙侵入规律。结果表明:随着温度的提升,进口质量流量逐渐降低,进口速度逐渐提升;全关工况下的污染颗粒从蝶板两侧间隙射出,全开工况下的颗粒从主通道流出;小直径、低密度的污染颗粒在活门流场中有较好的跟随性。提出一种抗污染隔环,用以阻碍颗粒污染物侵入敏感间隙,为放气活门抗污染性能提升及结构优化提供理论基础。
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  转子偏心状态下分布式轴封密封特性数值模拟

  卢刚, 李成宝, 武伟, 江晓然, 于升旭, 胡建军

  液压与气动. 2025, 49(3): 43-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.006

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  某电厂汽轮机机组在长期工作后出现转子偏心、泄漏增大,导致机组效率显著降低。提出了一种分布式轴端汽幕自密封系统,通过多路独立供汽解决偏心下间隙密封问题,可节约蒸汽以提高机组效率。采用数值模拟方法,研究了偏心下分布式轴封内气体流动特性及密封效果。结果表明,补汽压力200 Pa是分布式轴封保证密封的最低压力,此时单一位置补汽不能达到密封要求,需多位置同时补汽可使混合气体中空气比例降至10^-6,从而达到密封要求;当补汽压力达到或超过20 kPa时,双侧任意位置补汽均可满足密封要求,但蒸汽消耗会增加13.6%,而只开单侧补汽在保证密封效果的同时,最多可节省40.5%的蒸汽工质。
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  智能井流量控制系统高温电磁阀结构优化设计

  郑严, 顿志强, 王晓, 王龙, 钟俊宇, 马传钦

  液压与气动. 2025, 49(3): 50-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.007

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  井下流量控制系统作为智能完井系统的核心部件,对井下智能开采至关重要,而井下高温电磁阀作为电控液驱流量控制系统的重要元件,对控制系统性能起到关键作用。介绍了电磁阀结构及工作原理,利用有限元仿真建立电磁铁模型,分析了电磁铁静铁芯锥角、静铁芯凸台、线圈位置、隔磁环倾角、隔磁环长度对电磁力特性影响,并进行了电磁-热耦合仿真分析。采用正交试验设计研究影响电磁力结构参数之间的主次关系,并基于响应面法与改进粒子群算法结合的优化思路,对电磁铁结构参数进行优化设计。优化后0 mm处的电磁力提高了16.68%,0.5 mm处电磁力提高了29.62%,1 mm处电磁力提高了31.06%,为电控液驱型流量控制系统设计奠定了理论基础。
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  基于逐次变分模态分解的液压轴向柱塞泵故障特征提取方法

  马景涛, 汤胜楠, 朱勇, 周涛, 郑智剑

  液压与气动. 2025, 49(3): 100-110. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.012

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  当液压轴向柱塞泵关键摩擦副出现故障时,其振动信号会出现调制现象,振动信号中的故障调制特征与特定的故障类型形成对应关系,通过信号分解可以从振动信号中提取出故障特征,进而用于故障诊断。以液压轴向柱塞泵为研究对象,利用变分模态分解和逐次变分模态分解分别对不同的仿真信号在含噪的情况下进行分解重构,综合对比了两种算法在分解性能方面的差异;最后将两种算法用于实测振动信号的故障特征提取中。结果表明:两种算法均适用于液压轴向柱塞泵的故障特征提取;逐次变分模态分解能更精确地重构出与柱塞泵故障高度相关的有效分量;变分模态分解提取到的有效分量幅值衰减更小,对微弱故障特征更加敏感。
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  柱塞副磨损状态下的轴向柱塞泵泄流口温升特性

  陈辉, 岳向阳, 杨哲明, 汪浒江, 黄家海, 郝惠敏

  液压与气动. 2025, 49(3): 123-129. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.014

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  针对轴向柱塞泵柱塞副磨损引起泵的泄流口温度变化规律开展研究。建立9柱塞轴向柱塞泵AMESim仿真模型,并搭建柱塞泵实验平台进行验证,结果表明:在转速1000 r/min、100%排量的工况下,单个柱塞副严重磨损的柱塞泵泄流口与进口温度差值较正常柱塞泵高6 ℃左右,而泵壳体温度无显著差异。仿真显示,当柱塞泵转速增加时,泵泄流口油液温度升高,且泄流口温度随柱塞副间隙增大而升高。轴向柱塞泵柱塞副磨损间隙与泵的泄流口、进口温度差值存在正相关关系,为基于泵泄流口、进口温度差值预测柱塞副磨损提供了依据。
系统设计与研究
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  基于传输线理论的液压系统图形化建模与仿真研究

  王霄, 孟德远, 陈飞, 李艾民, 李昊鹏

  液压与气动. 2025, 49(3): 8-17. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.002

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  提出了一种基于传输线建模法的液压系统建模语言,阐述了利用该建模语言进行程序实现的方法,并开发出一套面向系统的图形化建模与仿真工具。基于传输线法的组件模型可以通过时间延迟相互解耦,并采用分布式求解,仿真环境适用于分布式仿真。仿真时不会引入数值误差,结合高效的仿真算法显著提升设计与分析效率。最后通过液压位移伺服系统的仿真过程,验证了该建模描述语言的正确性和有效性。结果表明:基于传输线建模法的图形化建模语言可准确高效地实现液压系统的仿真模拟。
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  循环球式液压助力转向器助力特性分析及优化

  张伟, 李昊, 孙磊, 赵文涛, 王旭光, 刘少鑫

  液压与气动. 2025, 49(3): 61-72. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.008

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  转向器是液压助力转向系统的核心,关乎车辆的舒适性和操稳性。而转阀作为转向器的关键部件,决定着转向器的性能。研究转阀工作原理及其参数对助力特性的影响,对提升转向系统性能至关重要。首先,介绍了液压助力转向系统的组成以及直线行驶和转向时的工作原理;其次,基于转向系统工作原理搭建AMESim模型,研究扭杆刚度、发动机转速、短切口长度、预开间隙轴向长度、预开间隙宽度、阀口坡口宽度等参数对助力特性曲线的影响;最后,对优化后的转向器进行试验验证。结果表明:结构优化后的转向器输入手力矩下降了15.5%,助力特性曲线整体向内偏移,提高了车辆的舒适性。
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  高压断路器操动机构液压阀控系统流场动态特性

  刘煜, 刘宇, 朱文才, 丁孺琦, 李海文, 刘森琪

  液压与气动. 2025, 49(3): 73-80. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.009

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  针对高压断路器操动机构液压阀控系统流场复杂多变的问题,分析阀口开度对液压缸、液压阀以及回油管路的流场动态特性影响。首先,采用ICEM软件对某型碟簧液压操动机构的流道进行提取,并进行了简化。然后,通过STAR-CCM+软件中的k-ε湍流模型对高压断路器操动机构液压阀控系统的流场进行求解,并通过动网格技术实现主阀芯的运动。结果表明:模拟计算得出的工作缸下端压力与实验测试的数据基本一致;液压油流经阀口时的流速迅速增加,且在主阀芯底部和阀体之间形成两个漩涡;随着主阀芯的移动,回油管路中的压力会产生较大的波动。
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  基于耦合流动的卷扬液压回路动态特性研究

  高名乾, 贺建强, 李固, 冀宏, 郭敏杰

  液压与气动. 2025, 49(3): 81-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.010

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  汽车起重机卷扬升降作业时,其液压控制回路的微动特性与整机的平稳性以及安全性密切相关。以卷扬液压系统为研究对象,通过系统仿真、系统与元件实时联合仿真以及试验测试并行的研究方法,分析了其微动特性。结果表明:原始主阀杆因阀口面积梯度突变而产生节流拐点现象,通过优化主控阀节流阀口与回油阀口结构,有效改善了主控阀的节流特性;原有大通径三口阀因弹簧预紧力过大、刚度相对较小时呈现“速关、速开”响应状态,通过按比例缩放三口阀通径、减小调压弹簧预紧力以及合理匹配其刚度参数和优化其阀口面积曲线,有效改善了卷扬系统回路压力超调的问题。
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  机器人关节电静液作动器建模与频域分析

  马三喜, 周俊杰, 赵慧鹏, 杜善霄, 王雪

  液压与气动. 2025, 49(3): 90-99. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.011

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  电静液作动器作为泵控液压系统,具有功重比大、效率高、集成度高、维护方便等优势,在大型机器人领域具有广阔的应用前景。提出了一种用于四足机器人关节电静液作动器,推导了电静液作动器的数学模型,通过实验验证了所建数学模型的准确性。针对当前电静液作动器频率响应带宽低,且影响动态响应因素不清晰的问题,将频域分析法应用于电静液作动器系统,分析了电静液作动器关键参数对响应速度的影响。基于频域分析结果,确定了影响电静液作动器响应速度的关键因素为柱塞泵的排量与液压缸有效作用面积,提出了电静液作动器响应速度敏感度参数的概念,提出了提高电静液作动器系统响应带宽的设计优化方法,为提高系统响应速度提供了理论基础。
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  大型液压挖掘机电液控制系统半物理仿真方法

  徐鹏, 师建鹏, 郄永军, 姜良志, 秦合营, 王梦媛

  液压与气动. 2025, 49(3): 111-122. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.013

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  为解决全电控大型液压挖掘机控制系统现场试验困难、复现性差等问题,并为控制策略的验证提供测试平台,建立了液压挖掘机半物理仿真系统。首先,在AMESim中建立挖掘机动力系统、液压系统及机械系统的整机模型。其次,针对AMESim模型中刚性方程和隐式变量多等因素导致的实时性差等问题,对系统进行简化处理,同时保证模型的准确性与实时性。之后,将AMESim模型封装成实时FMU并加载至dSPACE硬件系统,在Simulink中进行控制器输入输出及CAN通信系统建模,同时实现控制器的硬件在环。最后,基于Unity开发了三维实时可视化平台,通过MAPort接口与dSPACE硬件系统通讯,可直观显示三维虚拟化挖掘机作业场景与过程,提升了人机交互效果。以某超大型挖掘机为研究对象,结果表明,简化之后仿真求解速度提升10倍以上,且相对于非简化模型,仿真结果偏差小于5%,验证了该半物理仿真系统的实时性、准确性及人机交互性。
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  液压反推同步作动系统设计与分析

  袁杰, 索红娟, 左萌, 赵昊

  液压与气动. 2025, 49(3): 130-138. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.03.015

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  反推作动系统用于控制与驱动飞机反推力装置的展开与收起,提高飞机着陆安全性,而作动的同步性直接影响飞机反推力效率和降落安全性。通过分析液压反推作动系统的同步性需求,开展同步作动架构论证,确定液压反推同步作动系统方案,建立相应的数学模型和AMESim仿真模型,分析不同工作工况、不同步载荷、不同流量控制阀方案对系统位移同步性的影响。结果表明,与分流阀、节流阀同步方案相比,调速阀的流量受系统工况的影响较小,载荷对系统作动同步性影响较小,采用基于恒流量控制的调速阀方案能够实现不同工况下反推力装置的同步展开与收起。