2025年, 第49卷, 第9期　刊出日期：2025-09-15

  

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元件分析与优化
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  液压滑阀动密封特性分析及试验研究

  吕亚冬, 陈英龙, 蔡金艳, 刘宏玥

  液压与气动. 2025, 49(9): 28-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.004

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  液压滑阀中的动密封能够减小油液泄漏量,但环境温度、介质温度以及油液压力都会影响动密封间隙及其密封性能。针对滑阀中使用的组合密封形式,建立有限元分析模型并研究不同环境温度、介质温度与介质压力对动密封配合间隙及摩擦力的影响。参考斯特里贝克曲线,引入配合间隙与摩擦因数的关系表达式。通过试验验证模型及理论结果的准确性。结果表明:氟塑料环与阀套之间的间隙会随着温度的升高而减小,动摩擦因数也会随之改变。根据摩擦力计算公式及试验结果可知,间隙密封摩擦力随温度的变化规律为:液压滑阀动隙密封摩擦力随着温度的上升呈现增加趋势。
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  静力平衡式高压径向柱塞马达工作特性仿真研究

  李昕铭, 郭桐, 阙富民, 刘昊, 黄小敏, 林添良

  液压与气动. 2025, 49(9): 39-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.005

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  针对传统径向柱塞马达高压工况下柱塞副所受侧向力大而导致的启停瞬间产生较大传动冲击、配流副及柱塞副间隙泄漏严重、马达容积效率低的问题,提出一种端面先导压力控制二级配流静力平衡式高压径向柱塞马达新构型。该新型马达采用复合柱塞单元以及先导压力控制二级配流方法实现高压动力油路密封和高效配流。此外,先导级配流副采用液压浮动支承结构,补偿机械磨损,提高长时间连续工作可靠性。基于AMESim建立马达整机动态仿真模型,分析单柱塞与其配流阀的运动对应关系、配流阀阻尼孔直径、工作压力及主级供液流量对马达容积效率的影响,并对不同传动结构的马达输出特性开展分析。仿真分析结果表明:该马达在35 MPa的高压工况下容积效率可达89.74%,输出转速脉动率较曲轴连杆式马达降低60%,且具备良好的低速稳定性及宽负载适应能力。研究结果为高压静力平衡式径向柱塞马达样机的设计与优化提供了理论依据。
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  三级电液伺服阀主阀阀口流场特性分析

  曹晓明, 苏嵩, 史俊强, 李心远, 闫嘉鹏

  液压与气动. 2025, 49(9): 61-66. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.007

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  三级电液伺服阀作为液压系统中的核心控制元件,在实际应用中存在阀口能量损失大、流量控制非线性等问题。针对这些问题,运用流场仿真分析软件建立了某三级电液伺服阀主阀的三维网格仿真模型,通过对主阀内部流场的模拟仿真,分析了主阀口不同开度下阀腔内流体的速度、压力及湍流动能耗散率分布特性。仿真结果表明:在阀口压差为7 MPa工况下,随着主阀开口度增大,阀口处流体流速显著提高,最大流速始终出现在阀口区域;同时发现,流体在节流口及流向突变处会产生强烈漩涡,导致明显的能量耗散现象;此外,阀口流量系数随开度增大呈非线性递减趋势,这种特性直接影响阀的控制精度。研究结果揭示了三级电液伺服阀存在的能量损失机理和流量控制非线性问题,为其结构优化设计和控制策略改进提供了重要依据。
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  基于GD32F450ZKT6的数模混合式比例控制阀驱动器设计

  杨斌, 崔永智, 谢福起, 梁珺, 龚征华, 陈礼

  液压与气动. 2025, 49(9): 77-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.009

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  针对现有比例控制阀驱动器存在控制精度不稳定、各型设备匹配不完善,不能满足现代电液控制系统提出的灵活性、快速性和国产化要求的问题,设计了一种基于GD32F450ZKT6控制芯片的数模混合式比例控制阀驱动器。通过主控制模块电路、功率放大电路、ADC采样电路以及CAN和USB通信电路实现了数模混合式比例控制阀驱动器的多种类指令信号输入、上位机配置参数以及输出精度控制功能;进一步设计了试验平台对数模混合式比例控制阀驱动器进行性能试验。试验表明,数模混合式比例控制阀驱动器在输入不同类型的信号指令时输出精度小于2%,具备多控制参数的配置功能,满足多场景的电液控制要求。
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  轴向柱塞泵斜盘耳轴台阶根部疲劳断裂分析与优化

  吴茂民, 李青松, 蔡瑞, 张鹏程, 杨德钰

  液压与气动. 2025, 49(9): 126-132. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.014

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  轴向柱塞泵中斜盘是调节流量的关键结构件,为研究斜盘的断裂原因,提出有效的改进措施,基于理化分析结果和ANSYS Workbench等软件有限元仿真结果对其断裂原因进行研究。分析结果表明:斜盘为高周疲劳断裂,疲劳裂纹起源于耳轴下台阶根部转角处,该位置应力集中,对疲劳裂纹萌生和扩展有重要影响。对斜盘大台阶根部进行倒圆处理,台阶根部附近应力集中情况得到明显改善;研究发现台阶根部附近表面加工刀痕对斜盘强度具有较大削弱作用。综上,增加台阶处倒角要求并控制其表面加工质量,可以有效提高斜盘的抗疲劳能力。
系统设计与研究
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  刚性管路油液声速双向递进搜索算法研究

  陈鼎, 许俊城, 叶绍干, 徐兵, 鲍岳, 罗经

  液压与气动. 2025, 49(9): 1-9. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.001

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  准确测量液压系统声速对于液压系统的性能预测和优化具有重要意义。在液压系统中,声速值会随液压系统状态发生变化,现有的方法难以准确测量动态系统中的声速值。针对上述问题,提出一种刚性管路油液声速双向递进搜索算法。首先,基于压力波在管道中的传播性质推导出声速计算模型;其次,优化数据处理方法,并结合改进的双向递进搜索算法实现声速的高精度求解;再者,通过压力波动试验台测量不同工况下的压力波动;最后,对比不同方法的声速计算结果,验证了该方法的准确性。试验结果表明,提出的新方法在不同试验工况下的计算精度均优于现有方法,计算所得声速值整体精度提升4.5%;特别是在15 MPa 和二次源强干扰的状态下,该方法的计算精度提升更为显著,最高可达7.8%。上述结果说明,提出的方法具备更高的准确性与更强的适用性。
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  液压直推式取样钻机纠偏控制

  贾启康, 李莺莺, 郄松涛, 刘美艳, 纪国才, 马晓哲

  液压与气动. 2025, 49(9): 10-18. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.002

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  环境污染场地调查及风险评估对保障用地安全尤为重要。当前多数取样工作使用液压直推式取样钻机。该类钻机取样钻具刚性连接在集成机架和车身上,因此集成机架和整车车身的偏斜会导致钻孔方向的偏斜。为保证钻具钻入地下的初始方向,实现集成机架和整车车身的姿态预支撑后的纠偏控制,设计了一套基于三轴倾角的纠偏控制策略。同时,建立取样钻机各个系统模型并设定不同初始值进行仿真。经过仿真验证,该控制策略具有良好的控制效果,调平精度高,单方向调整时间不超过6 s,适合应用于液压直推取样钻机。
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  基于自主补压的液压支架自动跟机性能优化研究

  王伟

  液压与气动. 2025, 49(9): 19-27. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.003

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  综采工作面供液管路长造成液压支架系统压力沿程损失较高,并且乳化液泵站供液策略与液压支架群跟机动作不适配,导致液压支架关键执行器运行较慢,一定程度上限制了自动跟机速度。针对上述问题,在目前智能化集成供液系统的基础上,增设高压小排量乳化液泵作为集中供液升柱增压系统,并建立了综采工作面液压支架群立柱-推移液压缸数学模型,提出了一种立柱快速供液与升柱增压系统及其液压支架自动跟机策略。此外,利用AMESim软件建立基于自主补压的综采工作面供液系统仿真模型,研究了所提系统及其自动跟机策略的有效性和优越性,并对比了不同流量工况下的液压支架群供液方案的作业性能。研究表明,所提系统及其控制策略可使液压支架群的跟机速度提高27.18%,使立柱初撑压力的建压时间缩短76%,为解决升降柱流量通道不畅、初撑压力不足和降柱背压超限等问题提供了新的解决思路。
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  剪切增稠流体在阻尼孔中的流动数值模拟

  赵航, 赵雪峰, 王税堉, 张彬

  液压与气动. 2025, 49(9): 50-60. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.006

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  剪切增稠流体是一种智能材料,将剪切增稠流体应用到阻尼器中得到剪切增稠阻尼器。剪切增稠阻尼器在流体流过细小的孔隙或者间隙时,由于速度梯度的存在会受到巨大的阻力,因此,剪切增稠阻尼器在吸能减震方面可发挥巨大作用。通过Fluent仿真,以20%质量分数的纳米二氧化硅-聚乙二醇溶液制成的剪切增稠流体作为剪切增稠阻尼器的工作介质,以剪切增稠流体在阻尼孔中的流动模拟阻尼器的工作过程,制作不同频率下的力-位移滞回曲线,并根据滞回曲线的结果计算剪切增稠阻尼器工作过程中阻力所做的功,分析其吸能效果。由结果得知:在低频工作环境下(f≤2 Hz),力-位移曲线图中显示出较好的对称性,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量几乎相等;但是,随着频率的上升(f＞2 Hz),力-位移曲线对称性变差,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量出现较大的差异。
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  液力变矩器搅油损失及其抑制研究

  李文达, 柳景灿, 夏艳, 郭猛, 刘城

  液压与气动. 2025, 49(9): 67-76. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.008

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  液力变矩器是液力传动系统的核心部件,发动机的动力全部经由液力变矩器传递至变速系统,因此液力变矩器效率直接影响整车经济性。由于液力变矩器在工作时浸在油液中,高速转动时搅动黏性油液产生搅油损失,影响动力传动系统效能。针对液力变矩器搅油损失开展仿真及试验研究,建立了基于粒子法的液力变矩器搅油流场仿真模型,计算不同液力变矩器转速及油液温度下的转矩及功率损失,设计了液力变矩器全包式挡油罩以抑制搅油损失,用试验验证了仿真模型及搅油抑制方法的准确性及可行性。结果表明,液力变矩器搅油转矩随着转速增加近似线性增加,液面高度对搅油转矩损失也有显著影响,液面越高,搅油损失越大。通过加入挡油罩,可以有效抑制搅油转矩损失,抑制效率在不同液面高度下均超过83%。研究结果为液力变矩器的搅油转矩数值计算提供了方法,同时为液力传动箱油底壳液位设计提供了依据。
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  基于真空蝶阀的压力控制系统研究

  赵梦格, 托乎提努尔, 胡强, 罗磊

  液压与气动. 2025, 49(9): 87-93. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.010

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  针对真空蝶阀压力控制系统强非线性导致的精度不足的问题,提出一种基于自抗扰控制与PID融合的双模切换策略。该控制器采用扩张状态观测器统一估计并补偿气体温度漂移、密封摩擦及气源波动等综合扰动;同时设计压力误差阈值触发机制,仅在动态过程启用自抗扰控制快速抑制超调,稳态过程自动切换至轻量化PID维持精度。相比传统PID控制,显著缩短调节时间并大幅降低超调量;相比单一自抗扰控制,有效减小稳态误差。在流量扰动下,该控制策略的压力恢复时间比PID快67%,稳态误差小于25 Pa。显著提升了系统响应速度、精度与鲁棒性,充分发挥了蝶阀的低成本优势,为半导体、航天等提供了一种高性能、低成本的真空压力控制解决方案。
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  液压四足机器人动态接触力的控制策略研究

  刘兴国, 蒋正忠, 黄才贵, 李岩舟, 张更娥

  液压与气动. 2025, 49(9): 94-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.011

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  针对液压四足机器人多个液压关节系统非线性控制,提出了一种通过力控制浮动底座操作的交互力控制策略。该控制策略将基础运动、机器人末端运动、腿部运动、交互力控制、关节约束以及摩擦锥约束转化为二次规划优化问题,任务优先级通过权重矩阵进行调整。将机器人任务在位置约束下进行分解,解决交互力控制与基于动力学模型最优控制之间的冲突问题,实现机器人末端的协调运动与力控制。最后通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性,表明液压四足机器人在交互操作过程中能够执行大负载操作,且能够控制适当的接触力。
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  基于水虎鱼觅食优化算法的电动静液作动器位置滑模控制器参数整定

  李维波, 陈俊杰, 张浩, 曹帅, 邓小青

  液压与气动. 2025, 49(9): 104-115. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.012

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  作为高阶非线性、强耦合特性的电动静液作动器,其位置滑模控制器参数难以整定,常规的群智能优化算法往往容易陷入局部最优解且计算效率差,但水虎鱼觅食优化算法在整定和优化此类位置滑模控制器的参数方面,却具有增强随机初始化种群分散程度、避免陷入局部最优陷阱、更好地平衡算法的勘探和开发能力。利用水虎鱼觅食优化算法整定和优化滑模控制器中的滑模面和趋近率参数,包括分析电动静液作动器组成原理、建立其数学模型,并在MATLAB/Simulink和AMESim联合平台上开展仿真验证工作。仿真结果表明,相较于其他群智能优化算法,水虎鱼觅食优化算法优化后的滑模PID控制拥有更小的稳态误差和跟踪误差、具备更优秀的鲁棒性,且计算效率更高,为确保电动静液作动器位置滑模控制器具有更好的控制性能提供了重要的研究思路。
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  基于不确定性观测器的牵引机恒转速新型非线性积分滑模控制

  周俊宏, 林光龙, 吴建芳, 张龙浩, 曾凡敬, 吴荣华

  液压与气动. 2025, 49(9): 116-125. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.09.013

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  针对输电放线设备中闭式液压牵引机的恒转速控制问题,提出了一种新型非线性积分滑模控制方法。首先,建立了牵引机恒转速控制系统的详细数学模型,同时为了降低控制器复杂度和工程实践难度,利用奇异摄动思想对模型进行了合理的降阶处理。其次,利用降阶模型设计了一种新型的非线性积分滑模控制方法,通过Lyapunov稳定性理论详细地说明了引入非线性项可有效提高收敛速度和控制精度。此外,为了进一步提高系统对不确定性的鲁棒性,设计了一种不确定性观测器,对系统中包括参数不确定性和外部扰动在内的各种不确定性进行观测和补偿。最后,利用多物理域建模工具箱Simscape 搭建了牵引机转速控制系统的仿真平台,将所提控制方法与传统的积分滑模控制和比例积分控制进行了仿真验证比较。结果不但表明了降阶模型的有效性,而且无论对于阶跃型还是正弦时变负载,设计的不确定性观测器均能实现准确估计。牵引机转速阶跃响应无超调,调节时间缩短至1.2 s,对于100 N·m的静态负载,速度降仅为0.0127 m/s;对于100sin(πt) N·m的动态负载,速度最大稳态误差为0.012 m/s。即使系统在同时存在参数正负摄动和100sin(πt) N·m时变负载的复合工况下,速度最大稳态误差也仅为0.016 m/s,因此所提出的控制方法能显著提升牵引机的恒转速控制性能。