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  • 特约专题
    王振林
    液压与气动. 2024, 48(11): 1-9. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.001
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 系统设计与研究
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    向禹豪, 胡桂荣, 陈川, 司国雷, 吴泽华, 杨丹
    液压与气动. 2025, 49(2): 8-16. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.002
    为了减小液控逻辑阀的压力损失,提高油液的流动效率,基于CFD建立了阀内部的流体动力学模型,考虑流体空化的影响,分析液压油的流动特性、阀的流量-压力特性,并进行试验验证,探究不同阀口结构参数对压力损失的影响。结果表明:当进口流量大于60 L/min后,是否考虑空化的仿真与试验的误差分别为4.16%和22.41%;在锐边处采用圆滑过渡、增大阀套孔直径、减小阀芯直径能有效降低逻辑的压力损失,可为逻辑阀优化设计提供参考。
  • 系统设计与研究
    王现龙, 张萌, 李波
    液压与气动. 2025, 49(4): 11-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.002
    在气动机械手系统中引入基于数字孪生的建模方法,以实现气动机械手的仿真、控制以及监测,并为初学者提供更为直观地教学演示。采用Unity 3D平台配置孪生环境,创建物理实体的数字孪生体模型,使之建立通讯,实现运动状态和数据的实时更新,从而准确地实现孪生体模型的映射,对气动机械手采用多种控制方式。在ANSYS Workbench瞬态结构中对气动机械手夹持立方体的运动状态进行分析;在Unity 3D中对其结果进行二次开发,显示分析结果的梯度云图,为初学者提供直观的可视化模型。研究呈现了气动机械手运动仿真、虚实状态同步以及有限元分析二次开发的数字孪生系统。
  • 系统设计与研究
    崔岩, 阙茜, 张然, 刘银水, 贺小峰, 唐晓群
    液压与气动. 2024, 48(12): 176-182. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.020
    提出一种校企联合的“新闻联播式”课堂,以教师在课堂进行理论讲解(类似内场主持)及企业高级技术人员生产现场直播的方式(类似外景主持),进行液压元件实物和生产现场讲解,从而在课堂上实现理论和实践相结合。通过“新闻联播式”的场景互动教学,打造学校和企业共同育人的课堂,从多维度增强学生对知识的理解,缩短书本与现场之间的距离,提升学生运用所学知识解决实际问题的能力。该教学模式获评华中科技大学学生最满意课堂,本科生课堂出勤率为100%,成绩优良率达86.4%。
  • 元件分析与优化
    虞启辉, 丁岳儒, 孙国鑫, 秦日鹏, 张建龙
    液压与气动. 2024, 48(12): 80-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.010
    先导式气动比例阀作为气动比例控制系统的核心元件,其在时间响应上存在的迟滞性,影响了系统的控制响应速度。针对该问题,结合其内部结构和工作原理,分别对先导控制级、主阀芯的动力学特性以及阀内气体流动过程进行建模分析,并使用遗传算法对阀内的等效弹簧刚度及Stribeck摩擦系数等参数进行辨识。通过AMESim对先导式气动比例阀进行仿真分析,获得先导室上腔容积、等效弹簧刚度及先导级进气通道截面积等主要参数对响应迟滞以及控制精度的影响。以迟滞最小为目标,利用二次规划算法确定最优参数。结果表明:经过序列二次规划设计后,死区时间由0.041 s降为0.031 s,达到稳态的时间缩短了20.79%,并对不同口径的比例阀进行优化,在保证控制精度的前提下,响应迟滞均降低20%左右,为先导式气动比例阀的参数设计提供理论基础。
  • 元件分析与优化
    陈峙, 谢添, 杜扣, 柏朝辉, 刘宝玉, 安高成
    液压与气动. 2024, 48(12): 11-22. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.002
    扭矩脉动是导致内曲线马达产生振动和噪声的主要原因之一。为降低扭矩脉动,设计了U形阻尼槽配流盘;以马达柱塞腔流量压力脉动为基础,建立了阻尼槽配流面积变化及马达扭矩脉动的理论模型。基于AMESim平台建立了内曲线马达动态仿真模型,并采用响应面法对U形阻尼槽进行了参数优化。结果表明:扭矩脉动与U形槽结构参数间存在多种影响机制;相比无阻尼槽,优化U形槽后的配流盘可以使马达扭矩脉动程度降低44.55%。
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 系统设计与研究
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    汪文涛, 潮群, 林泽宇, 刘成良
    液压与气动. 2025, 49(2): 17-24. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.003
    流量脉动是轴向柱塞泵输出油液时的固有属性,其诱发的压力脉动直接影响柱塞泵及整个液压系统的工作品质和服役寿命。为阐明轴向柱塞泵流量脉动成因和成分,建立了轴向柱塞泵三维瞬态CFD仿真模型,搭建了轴向柱塞泵出口压力脉动测试平台,验证了仿真模型的有效性。通过调整仿真模型的几何结构参数,解耦出柱塞泵流量脉动中的几何脉动、倒灌脉动、泄漏脉动和死区脉动分量,仿真分析了不同工况下各脉动分量对柱塞泵总流量脉动的幅值贡献率。结果表明,几何脉动和倒灌脉动加剧出口流量脉动,而死区脉动和泄漏脉动抑制出口流量脉动。在出口压力10 MPa和转速1000 r/min工况下,几何脉动和倒灌脉动对出口流量脉动的贡献率分别为9%和214%,死区脉动和泄漏脉动对出口流量脉动的贡献率分别为-35%和-88%。研究结果为轴向柱塞泵出口流量脉动的形成机理及抑制方法提供了重要理论依据。
  • 元件分析与优化
    刘志宣, 王海涛
    液压与气动. 2024, 48(11): 10-18. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.002
    气缸的运行速度由回路调速阀控制,缓冲装置吸收的能量受缓冲阀影响,将两阀按照一定的开度关系进行调整,可获得较好的缓冲状态,提升气缸工作效率。搭建气缸缓冲实验台,进行缓冲实验,寻找两阀圈数的对应关系。建立相应的AMESim气动仿真模型,给出不同开度下气缸的缓冲效果。采用声速放气法测量气动元件有效节流面积,得到有效缓冲时缓冲阀与回路调速阀的面积匹配关系。结果表明:只有部分调速阀开度可以获得有效缓冲状态,缓冲阀仅能在特定的小范围变化,缓冲难以调整,可依据研究给出的两阀面积匹配关系图,快速调定缓冲。
  • 元件分析与优化
    李若海, 桂肃尧, 张靖雨, 傅波
    液压与气动. 2024, 48(11): 154-162. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.018
    以减小阀芯在工作中所受的液动力为目标,以阀芯的外形结构参数为优化变量,对液压伺服阀阀芯结构优化的方法进行了研究。使用 SPEA2算法对阀芯的结构进行了多目标优化设计,获得了Pareto最优的阀芯结构设计方案。利用CFD仿真软件计算了优化前后阀芯流场和压力分布,验证了优化效果。搭建了一套实验平台,对优化前后的阀芯液动力进行测试,通过测量阀芯在工作时的速度以及受力情况等参数,计算出阀芯在工作过程中所受的稳态液动力。测试结果显示,经结构优化后的阀芯在不同开口位移下所受的液动力均出现了下降,稳态液动力平均下降14.86%,其变化趋势与仿真计算一致,均在阀口开口位移为0.6 mm时具有最大的优化效果,进一步验证了优化方案的可行性。
  • 系统设计与研究
    彭杰峰, 胡亮, 申英男, 苏芮, 傅新
    液压与气动. 2024, 48(11): 46-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.006
    面向半导体制造装备等精密设备和仪器的高精度温控需求,提出了一种基于温度梯度衰减器的高精度温度控制系统。首先,将加热器作为温度调节器,实现对低频温度扰动的补偿;并且,利用温度梯度衰减器的流动混合机制,实现对流体温度高频扰动的削减;两者互补共同构成高精度温控系统。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,在模型预测控制下对高精度温控系统的时域和频域进行扰动衰减分析。通过实验与仿真结果对比,发现与传统PID控制相比,采用模型预测控制的温控系统在热扰动引起的温升阶段最大温升降低了24%。结果验证了基于温度梯度衰减器的高精度温控系统的优异衰减效果及抗扰性能。
  • 系统设计与研究
    吴雨昕, 钟伟, 李露伟, 邵将, 顾小玉
    液压与气动. 2025, 49(2): 118-127. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.013
    为了应对气动仿生机器人在越障和爬行等步态控制方面的挑战,设计了一种仿红耳滑龟的四足气动软体爬行机器人。该机器人包含四个两段式气动网格结构的软体驱动器,用以模拟龟腿的结构和运动。基于有限元分析对该结构参数进行了分析和优化;进行了不同时序控制下的单腿性能测试;测试了软体机器人在直行爬行、转弯和面对障碍物时的运动性能。结果表明,软体机器人具有卓越的适应能力和稳定性能,直线爬行最大速度可达到50 mm/s,在刚性表面转弯可达到45 (°)/s,可以跨越高度为25 mm的障碍物。其卓越的适应性和稳定性能使其在搜救、探测和检查等领域具有实际应用潜力。
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    魏列江, 蔡江荣, 万思梦, 卢红煜, 陈奕泽
    液压与气动. 2025, 49(4): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.001
    针对当前阀用电磁铁体积大、重量大、成本高等问题,提出用NiTi形状记忆合金丝通电加热驱动阀芯的线性力马达方案。在Brinson一维本构方程的基础上,建立了形状记忆合金热力学模型,并运用MATLAB Simulink进行不同电流下形状记忆合金丝的电-热仿真,分析形状记忆合金丝的热量对线性力马达驱动响应特性的影响;理论计算得到直径0.5 mm时三种不同长度记忆合金丝在复位弹簧刚度为20 N/mm时的最大位移和驱动力。搭建试验台,环境温度22 ℃、电流6 A时,三种不同长度记忆合金丝均在0.5 s左右分别达到最大位移1.8、2.1、2.5 mm,对应驱动力为58.4、61、80 N;与仿真结果相比,位移和驱动力误差均在10%以内;断电自然冷却响应时间为5 s,总响应时间5.5 s。结果表明,采用形状记忆合金线性力马达驱动频响0.2 Hz以下的液压阀具有可行性。
  • 元件分析与优化
    张帅印, 陶建峰, 吴兆宇, 陈方飞扬, 谭浩洋
    液压与气动. 2025, 49(8): 1-11. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.001
    在复杂工况下,偏导射流伺服阀可采集的故障信号有限且易受噪声干扰,导致其特征提取困难。针对该问题,提出了一种基于海星优化变分模态分解、时域卷积网络、引入自注意力机制的双向门控循环单元的故障诊断方法。首先,利用海星优化算法自适应确定变分模态分解参数,提高信号分解的准确性与鲁棒性;随后结合最小包络熵原则选取关键固有模态函数,从中提取主要特征;最后,将提取的特征融入时域卷积网络与自注意力机制增强的双向门控循环单元网络,提高故障特征的表达能力与分类性能。为验证所提方法的有效性,构建了偏导射流伺服阀故障仿真平台和开展了多种典型故障工况试验;结果表明,所提模型的故障识别准确率达到97.33%,具有较强的鲁棒性和诊断精度。
  • 元件分析与优化
    刘宏玥, 陈英龙, 胡华兵, 熊凯军, 孙强
    液压与气动. 2024, 48(12): 71-79. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.009
    随着液压技术向高速、高压和大功率方向发展,液压元件的振动噪声问题也日趋严重,噪声污染已成为制约液压技术发展的“瓶颈”。比例方向阀作为一种常用于工程机械等领域的控制元件,对其减振降噪方面的研究具有重要意义。分析了某型号比例方向阀的流致振动问题,针对比例阀的流场压力脉动特性、振动特性、减振降噪等方面展开了研究。对不同开度下的阀内流场进行数值模拟,分析比例方向阀压力脉动、湍流强度、空化程度等流动特征;设置监测点,得到流致振动的主频范围,并与预应力模态分析下的固有频率进行对比;对比例方向阀进行流固耦合数值模拟,探究影响振动能级的主要因素;总结比例方向阀振动机理,验证比例阀工作可靠性。
  • 系统设计与研究
    蒋丹, 姜尚彬, 曾晨, 郭庆, 杨平, 周兵源
    液压与气动. 2024, 48(11): 147-153. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.017
    流固耦合振动问题广泛存在于液压管路系统中。为了研究流体流量和卡箍约束对管路流固耦合振动特性的影响,利用ANSYS Workbench软件对管路进行了仿真,同时搭建了试验平台。在试验中,采用锤击法分析了不同流体流量和水平管路振动响应之间的规律,研究了不同卡箍材料和约束位置对空间管路系统振动特性的影响。仿真和试验结果表明:随着管路系统中流体流量的增加,管路系统的固有频率会降低,改变卡箍材料及其约束位置能有效地调节管路的固有频率,以避免发生系统共振。
  • 元件分析与优化
    冯其, 李佳翱, 李文听, 张天宏
    液压与气动. 2025, 49(6): 18-26. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.06.003
    目前国内柴油发电机组多采用某型机械液压式调速器进行油门控制,针对该型成熟可靠的调速器开展调速原理与特性分析,对国内正向自主设计具有重要参考价值。利用AMESim搭建其离心飞重等部件模型,并根据柴油机的负载、油门开度和速度特性在Simulink中建立柴油机组动力学模型;基于AMESim/Simulink开展联合仿真研究,详细分析了在闭环调速过程中液压缓冲补偿环节的动态特性及对调速性能的影响。结果表明,柴油发电机组在负载变化时增加液压缓冲补偿环节可有效缩短调节时间、减小转速振荡。该设计不仅可应用在机械液压式调速器中,也可为自主设计数字电子式调速执行器提供重要参考。
  • 元件分析与优化
    张佳晨, 王佳伦, 汤何胜, 任燕, 赵申诞
    液压与气动. 2024, 48(11): 64-73. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.008
    针对轴向柱塞泵吸排油过程发生空化带来流体激振力大,甚至造成严重的局部气蚀破坏问题,使用用户自定义函数和动网格法对柱塞泵的动态运动过程进行模拟。通过柱塞泵空化流激振动特性实验,对比分析柱塞泵空化流激振动响应特征,获取轴向柱塞泵空化流动及其诱导振动的作用机理。结果表明:柱塞腔内气体体积分数随缸体转角变化呈周期性振荡,空化现象主要集中在泵的吸油区;当缸体转角处于吸排油交替区时,柱塞腔内压力场出现负压现象,气泡在流体射流的方向上扩散,形成明显的局部空化云;柱塞泵空化流激振动频谱与流体脉动载荷频谱重合,直接影响柱塞泵壳体振动的幅值,成为柱塞泵壳体振动响应的主要诱因。
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    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
    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%。
  • 元件分析与优化
    曹文斌, 于忠元, 杨国来, 李小文, 王澳归
    液压与气动. 2024, 48(11): 28-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.004
    大范围变海深环境下液压系统介质黏度变化及关键零部件形变明显,会对齿轮泵容积效率产生影响。为了研究齿轮泵在深海环境下容积效率的变化规律,建立了海深与齿轮泵容积效率的数学模型,通过理论和仿真分析了在不同海深下的齿轮泵的容积效率。结果表明:随着海深的增加,齿轮泵的容积效率逐渐增大。在海深达到11000 m的极限超高压的环境下时,转速以及温度的变化对齿轮泵容积效率影响较陆地更加明显。研究结果为深海齿轮泵优化提供了相关的理论依据,对水下液压元件和液压系统的设计具有一定的参考意义。
  • 元件分析与优化
    王浩楠, 郭静莹, 范玉, 杨建国
    液压与气动. 2024, 48(12): 107-116. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.013
    为了比较螺线管式静铁芯电磁阀与极柱式静铁芯电磁阀产生的静态电磁力的大小与适用场景,首先建立了两种静铁芯的有限元模型,并通过实验进行了模型的验证;然后对比了两种结构在不同电流、不同气隙下的静态电磁力及静铁芯散热情况。由仿真结果得出,在同等外形体积下,螺线管式静铁芯电磁阀随着线圈电流的增加电磁力稳步增大,但电流过大时线圈温度过高,电流40 A工况下线圈温度达186.2 ℃,适用于小电流小行程的工作环境;而极柱式静铁芯电磁阀随着线圈的电流增加电磁力上升的速率更快,电磁力也更大,裸露的单层线圈保证了散热,电流40 A工况下温度仅为51.1 ℃,适用于大电流大行程的工作环境。同时极柱式静铁芯电磁阀电磁力随着极柱数的增加先增大后减小。同等条件下,六级柱式静铁芯电磁阀产生的电磁力最大。可为新品高速电磁阀静铁芯的设计提供理论指导。
  • 系统设计与研究
    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
    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。
  • 系统设计与研究
    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
    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。
  • 系统设计与研究
    解松涛, 崔金元, 黄伟男, 权龙, 武瀚文
    液压与气动. 2025, 49(4): 48-55. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.006
    液压挖掘机作业时,回转系统会发生大惯性、高频次起制动。制动过程中,大量动能经溢流阀口转换为热能耗散,造成严重能量浪费。如果制动动能能够回收再利用,将有效降低回转系统能耗。为此提出在正流量控制挖掘机回转系统中,增设变排量液压泵/马达-蓄能器组合,回收制动能量。建立38 t液压挖掘机机械液压一体化仿真模型,对不同工况下蓄能器回收制动能量进行仿真,分析蓄能器压力变化。依靠变量马达排量可以独立调节的优点,控制蓄能器输出流量,与原系统功率匹配;并就不同负载和转速下变量泵/马达的排量对回转系统特性的影响进行仿真。结果表明:起动阶段变排量液压马达排量调节随着挖掘机转速增加,排量减小;随着转动惯量增加,排量增大;较原回转系统能耗降低41.6%~52.4%。
  • 元件分析与优化
    高军霞, 吴凤和
    液压与气动. 2024, 48(11): 172-180. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.020
    目前,两级式阻尼孔的设计使用是参考单级式阻尼孔的流量计算公式以及经验参数,选型误差较大,依靠现场实验去修正压损参数或者采用试错法更换不同尺寸的阻尼孔进行效果补偿。结合实验和CFD仿真深入研究了气穴、不同长径比及加工误差等因素对两级式厚壁阻尼孔流动特性的影响,得到了有或无气穴现象时固定长度、不同直径尺寸的阻尼孔流量系数稳定值,为两级式厚壁阻尼孔正确选型及数学建模中的特征参数设置提供依据。
  • 元件分析与优化
    李琴, 米艳梅, 黄志强, 王美玲, 魏强
    液压与气动. 2024, 48(12): 23-31. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.003
    为了提高泵的输送性能,改善受力情况,提出了一种不对称转子泵的新结构。建立了不对称转子的数学模型,并利用CFD数值模拟研究了转子长短径比对其性能的影响规律。结果表明:长短径比对泵腔内流体流动状况、流量脉动特性及转子受力影响显著。随着长短径比的增加,泵腔内流体流速逐渐增加,漩涡数量先减少后增多,主转子径向受力逐渐增大,在长短径比为1.52时的径向力均值相比于1.12时增大26.9%,容积效率的增加逐渐提高,出口流量的次级脉动得到有效抑制,流量脉动系数先减小后增大。当长短径比为1.28~1.44时,泵的容积效率较高,泵腔内部流动较平稳,转子受力情况较好。为采用不对称结构和调整长短径比来优化转子泵的设计提供了理论依据。
  • 元件分析与优化
    张长帅, 陈星, 王岩, 孟一喆, 赵国超, 王慧
    液压与气动. 2024, 48(12): 32-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.004
    应用于航空推进系统的气动安全阀在工作过程中受气流影响,内部载荷不均诱发结构内壁形变,影响航空气动安全阀的动态性能。基于双向流固耦合理论建立航空气动安全阀工作过程的数值仿真模型,通过压力特性试验验证仿真模型的准确性,分析航空气动安全阀阀芯运动情况及内流场压力、速度的变化情况,探究内部流场与结构形变间的影响关系。结果表明:阀芯经振荡调整后趋于稳定,阀口开度稳定在0.45 mm;气体流速在阀口处出现较大变化,最大速度为325.9 m/s;安全阀的活门座、壳体、活门组件及座盘均发生一定程度的形变,活门座的形变量最大,最大形变量为6.554×10-5 mm。
  • 系统设计与研究
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    黄文哲, 陈新元
    液压与气动. 2025, 49(2): 79-86. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.009
    为提升电液伺服作动器中恒压式静压支承的抗偏载动态性能,构建支承抗偏载的动力学模型,分析了阻尼孔、环形间隙及支承腔尺寸对支承动态性能的影响。结果表明:支承腔初始压力为供应压力的50%时,支承能力最大,得到固定阻尼孔与可变间隙阻尼的匹配关系。在活塞杆直径40 mm、径向偏载力2000 N条件下,采用直径0.3 mm、长度10 mm的阻尼孔和43 μm单边间隙的封油面,可将15 L/min的作动器静压系统流量损耗控制在12%。活塞杆偏心超调量与支承腔体积和无偏心流量的比值呈正相关。当该比值超过11%时,活塞杆与缸壁接触,带来密封失效及运动卡滞的风险。研究结果为电液伺服作动器静压支承的优化设计提供了理论参考与设计依据。
  • 元件分析与优化
    聂乐, 宋占凯, 黄家辉, 郑坤山, 李胜, 阮健
    液压与气动. 2024, 48(11): 19-27. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.003
    传统流量调节阀存在结构复杂、质量大、输出流量小等缺点,不适用于航空航天等特殊领域。设计了一种新型流量调节阀,该阀为旋转直驱式,具有输出流量大、结构简单、质量轻等优点。利用UG软件建立三维模型,介绍了该流量调节阀的工作原理。基于Workbench和Fluent软件,分别建立流量阀的强度校核模型和流体域模型,进行阀芯、阀套变形量仿真及稳态流场仿真。加工实验样机,进行流量调节阀的静态特性测试。结果表明:该流量调节阀总质量为375.5 g,当入口压力为4 MPa,出口压力为3.5 MPa时,最大输出流量为25.99 L/min,满足质量轻、输出流量大的使用需求。
  • 系统设计与研究
    李建松, 黎少辉, 卓自明, 孙金海
    液压与气动. 2024, 48(12): 169-175. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.12.019
    增设能量回收系统是提高工程机械能量利用效率的重要方法之一。从使用工况上论述了机械式能量回收系统在以液压挖掘机为代表的工程机械上应用的可行性。作为能量回收系统的核心元件,储能元件的性能直接决定了能量回收系统的性能。对比分析飞轮、蓄电池、超级电容和蓄能器的性能,并进一步分析了飞轮特点之间的互补作用,得出了飞轮储能式能量回收系统适合用于挖掘机能量回收的结论。
  • 元件分析与优化
    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
    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。
  • 元件分析与优化
    岳向阳, 包倩倩, 王涛, 汪浒江, 吴超, 郝惠敏
    液压与气动. 2025, 49(2): 128-134. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.02.014
    以某溢流补油阀为基础进行高压化结构设计,建立高压溢流补油阀三维模型,利用CFD软件分析阀内部流场的速度分布、压力以及稳态液动力变化。仿真表明:锥形阀口区域的速度和压力梯度较大,主阀体出油口附近的直角区域容易出现小型旋涡等不良现象,此外,当阀芯位移达到0.5 mm时,稳态液动力达到最大值。研制了额定压力为45 MPa的溢流补油阀样件,测试结果表明:在入口压力42 MPa条件下的高压溢流补油阀具有快速的动态响应,超调量为2.5 MPa,响应时间为0.047s;补油流量从10 L/min增加到80 L/min时,压损从0.073 MPa增大到0.15 MPa,为高压溢流补油阀优化设计提供了定量分析依据。
  • 系统设计与研究
    张连朋, 李君静, 吕立彤, 王志鹏, 冯杰, 段玉山
    液压与气动. 2024, 48(11): 37-45. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.11.005
    针对目前国内研制的液压可控震源系统可靠性差、控制技术落后等问题,以电液伺服可控震源为研究对象,应用ADAMS软件建立系统动力学模型,应用MATLAB软件建立液压系统和控制系统模型,从而得到系统联合仿真模型。采用迭代学习控制方法提高系统的响应性能,改善系统对期望信号的跟踪精度。结果表明,搭建的联合仿真模型正确可行,提出的控制方法能够明显提高系统的跟踪性能以及抗干扰鲁棒性。