工农业用凿岩系统冲击机构建模与仿真

工农业实践中一般将冲击机构分为轻、重冲击工作状态。为了解决在荒山开发、矿山开采和山区土地开垦等过程中凿岩机的卡钎、偏斜问题,以WF100型液压凿岩机冲击机构为研究对象,建立系统仿真模型。通过仿真获得液压凿岩系统在重冲击、轻冲击2种工作状态下的工作性能参数。重冲击工作状态下,节流孔等效直径为7 mm,系统压力为12 MPa时,液压凿岩机冲击能达到77 J;节流孔等效直径为7 mm,系统压力为14 MPa时,液压凿岩机冲击能达到98.3 J。轻冲击工作状态下,节流孔等效直径为2.5 mm,系统压力为12 MPa时,液压凿岩机冲击能达到42.5 J;节流孔等效直径为2.5 mm,系统压力为14 MPa时,液压凿岩机冲击能达到53 J。研究结果为冲击结构的设计提供了参考,也可为液压凿岩机在不同状态下工作时保证凿岩工作效率又避免卡钎提供技术指导。      

液压互联悬架关键参数分析及优化

为了提高液压互联悬架汽车的整车性能,需要合理设计液压互联悬架关键参数。以多体系统动力学为基础,进行了整车7自由度建模、液压互联悬架建模、整车机械-液压耦合建模和四轮相关路面谱建模。通过操稳性实验仿真和平顺性实验仿真,分析了液压互联悬架关键参数对车辆操稳性与平顺性的影响,并利用改进的遗传算法对关键参数进行优化。结果显示,调节阻尼阀损失系数可以提高车辆的平顺性,调节液压缸直径、活塞杆直径、液压缸初始工作压力和蓄能器体积可以提高车辆的操稳性。     

排量、转速复合泵控差动缸系统特性研究

针对传统泵控差动液压缸系统存在液压回路复杂、响应慢和能耗大的问题,提出了一种排量、转速复合控制方法,用1台伺服变量泵直接控制差动液压缸。首先,从理论上分析了泵控差动缸控制原理,将差动缸复合控制系统分为3个子系统分别进行仿真分析,进一步通过内环排量外环转速进行建模仿真分析,复合控制下响应速度比恒定转速下动态特性好。在此基础上搭建试验台,对泵控差动缸进行试验分析,在内环排量外环转速控制下较恒定转速下差动缸系统动态响应快,时间缩短13.4%;将变量泵处于恒压控制模式下,对伺服电机输入能耗进行测量,在不同转速和负载压力下进行试验,低转速大排量下系统能耗可以减少3 kW左右。通过仿真和试验,结果表明,排量、转速复合控制模式下,可有效提高泵控差动缸系统的响应速度,降低能耗。     

大功率拖拉机电液提升器比例下降阀仿真与优化

为改善液压系统响应特性,提高控制精度,基于状态空间法,建立了大功率拖拉机电液提升器比例下降阀的动态数学模型及仿真模型,在Matlab/Simulink中进行仿真及参数优化设计,选用四阶龙格库塔算法,得到阀结构参数和性能参数对开闭过程、流量变化动态特性的影响.最终确定先导阀阻尼孔直径为1.0mm,主阀阻尼孔直径为1.2 mm,主阀大端直径为20 mm,先导阀阀芯直径为8 mm.     

工程机械液压系统故障分析与维护

一、工程机械液压系统故障的特点 液力机械传动系统主要由液压泵、控制阀、变矩器、变速器和动力换挡变速阀等组成、其故障通常表现为行走无力或液压离合器接合不良.工作装置液压系统主要由液压泵、控制阀、液压马达和液压缸组成,其故障主要表现为马达的行走或回转无力、液压缸活塞的伸出和缩回迟缓.这两种系统故障的共同特点为:系统压力不足.     

基于机液压差补偿的负载口独立液压系统设计

为了克服传统阀控液压系统由于其采用一根阀芯同时控制着进、出口油路,而造成的能耗大、效率低,出现了负载口独立液压系统。在负载口独立液压系统运动控制的研究中,大多采用电液压差补偿方法,此种方法具有计算量大、方法复杂、成本高等缺点,为此,本文分析了机液压差补偿方法的工作原理及其特点,根据机液压差补偿方法的原理,采用5个二位二通比例阀作为主控制阀,选用压力补偿器对进口控制阀两端的压差进行补偿,配以梭阀、换向阀、过载补油阀等辅助元件,设计了基于机液压差补偿的负载口独立控制阀,以及挖掘机工作机构负载口独立液压系统,并搭建了实物试验平台,从而为后续负载口独立液压系统的控制特性研究提供了良好的试验基础。     

负载敏感技术在甘蔗联合收割机上的应用

甘蔗联合收割机由于执行元件的复杂性及液压系统负载的多变性,在作业过程中造成了大量的液压能损失现象.为改善收割机的节能性,在对负载敏感系统的工作原理进行分析的基础上首次提出了将负载敏感技术应用于甘蔗联合收割机的节能观点,并为其负载敏感系统匹配了相关参数.基于AMESim平台的静、动态仿真结果表明,在系统压力达到调压阀设定压力之前,系统的流量仅取决于流量阀的开口而与负载无关,负载敏感阀将根据流量阀的开口自动调节变量泵的排量.在系统压力达到调压阀设定压力之后,系统压力仅取决于调压阀的设定值,而与负载无关,此时负载敏感阀将自动调节变量泵的排量使其恰好与负载的需要相适应,控制过程的压力损失小于1 MPa,从而大大减小了甘蔗联合收割机的液压能损失.     

四象限工况单双泵控差动缸控制性与效率对比

针对单泵控差动缸闭式系统需要补油单元及在负载方向频繁变化下运行速度波动的问题,提出了一种以液压蓄能器为低压油箱、单伺服电机驱动双定量泵的变转速双泵控差动缸闭式系统及其控制方法。分析了变转速单泵和双泵控差动缸闭式系统在四象限工况下的运行原理。在Matlab/Simulink中建立了液压挖掘机工作装置机构模型、单泵和双泵控差动缸闭式系统模型、速度开环和速度前馈加闭环的控制系统,并对所构建的双泵控差动缸模型进行了局部试验验证。以斗杆速度和铲斗空载为输入,通过仿真对单泵和双泵控缸闭式系统在挖掘机斗杆液压缸四象限工况下的控制性和效率进行了对比分析。结果表明,所提出的采用速度前馈加闭环控制的双泵控差动缸闭式系统,虽然总效率较单泵控差动缸闭式系统降低了4个百分点,但实现了差动缸流量的平衡,解决了由四象限工况造成的速度波动问题,且最大位移误差仅为4mm,系统及其控制方法对于差动缸的四象限工况运行是切实可行的。     

液电混合直线驱动系统位置控制特性研究

提出了一种采用电-机械直线执行器和液压缸的液电混合直线驱动系统。为消除电-机械直线执行器和液压缸之间的耦合影响,液压泵和比例阀协同控制液压缸输出力和运行方向,满足系统负载力需求,电-机械直线执行器用于运动控制,并补偿液压缸输出力波动和外部干扰力。为实现上述目标,设计了基于扩张状态观测器的电-机械直线执行器自适应滑模控制方法,以估计的负载力调节泵压力和比例阀开度,对液压缸输出力进行调控。比例阀在系统运行中主要用于控制液压缸运动方向,阀开度较大,可显著降低节流损失。通过仿真和试验分析了系统的运行特性和能效特性。结果表明,该系统具有良好的位置控制特性,能量效率高,较传统阀控系统能耗减少51%。     

基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略

为了提高液压系统控制精度,通过分析几种常用驱动策略下阀芯的动态特性以及进油口压力对动态特性的影响,提出了一种可适应进油口压力变化的多级电压激励驱动策略,与常用的双电压激励策略相比具有更好的动态特性,阀芯开启、关闭时间分别降至2. 2、1. 7 ms,线圈热功率降低了68. 5%。设计了一种通过PWM调制、可输出0～60 V之间任一电压的驱动电路。采用BP神经网络对PID参数进行整定,可实现液压缸位移的精确控制。在自适应电压激励与BP神经网络联合控制策略下,恒流量液压系统液压缸位移误差在-0. 3～0. 3 mm之间,变流量液压系统液压缸位移误差在-0. 5～0. 5 mm之间。     

液压闸阀卡滞现象的机理分析与试验研究

针对某型液压闸阀出现的卡滞现象进行研究,分析该液压闸阀结构特征,预测影响闸阀卡滞的因素,进而根据船用液压驱动源压力波动特性,对闸阀的启闭特性进行理论计算和分析,获取该型闸阀在波动驱动压力下的启闭特性曲线,校核了设计的合理性;通过对闸阀零件实际加工尺寸进行检查和分析,找到了影响闸阀启闭状态的关键配合尺寸.最后模拟实船系统搭建相应试验台,复现了该闸阀卡滞现象,通过对影响闸阀启闭的配合尺寸进行控制,试验表明修复后的闸阀功能正常,适应船用波动驱动压力环境同时验证了闸阀计算分析结果的合理性.     

电磁阀阶梯减压控制方法

为实现电磁阀减压过程的精确控制,提出阶梯减压控制方法,并对控制参数进行了试验标定。通过对电磁阀阀芯受力与电磁阀液压响应特性分析,指出可通过调节电磁阀压力控制状态和控制信号状态持续时间得到不同的压力变化率,为阶梯减压控制实现提供依据。电磁阀压力控制状态采用延迟开闭控制方法。电磁阀控制信号状态持续时间受压力变化速率和开关延迟现象的影响,其中影响压力变化速率的阀口流量系数,影响开关延迟现象的开启延迟时间与关闭延迟时间通过试验标定。借助试验台架,对电磁阀不同速率的压力变化试验进行测试,结果表明所提出的阶梯减压控制方法能够很好地跟随目标压力,试验偏差可以维持在1 MPa以内,控制精度高。     

曲轴摆缸式阀配流水液压马达工作特性研究

为解决盘配流和轴配流低速大扭矩水液压马达配流副存在的磨损和泄漏问题,提出一种新型阀配流结构的低速大扭矩水液压马达,柱塞配流通过配流凸轮控制配流阀的通断实现。研究柱塞运动学规律和马达输出扭矩形成,揭示配流阀推杆位移、阀芯通断、柱塞进回液间的对应关系,分析马达角排量波动随转角、结构设计参数K的变化规律,当结构设计参数K为0.13时,马达输出扭矩波动率为6.59%。在AMESim中建立了配流阀及单柱塞配流过程的仿真模型,分析配流阀的工作特性及单柱塞动态配流性能,工作中配流阀产生最大压降为0.08MPa,进/回液配流阀无高低压串液。为验证阀配流结构在水液压马达中的工作性能,建立阀配流单柱塞试验台,并研究不同工况下的配流工作特性。试验结果表明,配流阀在马达转速0~60r/min、压力0~21MPa的工况下稳定配流,进液阀口压力在柱塞腔进回液转换时存在瞬间小幅压力波动,但对配流过程基本无影响,阀配流结构能够满足曲轴摆缸式马达柱塞的配流需求,为低速大扭矩水液压马达的配流提供了思路。     

回流孔径对磁力驱动离心泵内部流动的影响分析

为研究回流孔径变化对磁力驱动离心泵内部流场及水力性能的影响,分别以6、8、10 mm等3种不同回流孔径的磁力驱动离心泵模型,通过定常、非定常以及流热耦合等数值计算与外特性试验相结合的方法,开展了回流孔径变化对磁力驱动离心泵外特性、内部流场、温度场以及压力脉动特性的影响规律研究。结果表明,(1)回流孔径的变化对磁力驱动离心泵的扬程、效率及泵内部流场的影响较小,其中随着回流孔径的增大,磁力驱动离心泵扬程及效率呈下降趋势;(2)回流孔径的变化对冷却循环流道内的流场、温度场以及压力脉动性能的影响较大,其中随着回流孔径的增大,冷却循环流场内的压力分布逐渐减小,湍动能分布呈增大的趋势,冷却循环流道的冷却效果逐渐变强,另外回流孔径变化对传播进入冷却循环流场的压力脉动强度影响较小,对冷却循环流场内的压力脉动衰减速度影响较大。综上可知,回流孔径变化对泵内流场的影响较小,对冷却循环流道内的流动特性影响较大。     

油气混输泵单向球阀启闭瞬态性能试验研究

为了研究变工况来流环境下各参数变化对单向球阀的启闭迟滞性影响,针对3DP-60/3.0型往复式混输泵单向球阀的启闭瞬态过程及往复运动特征,运用UDF动网格技术计算气液单向阀启闭高度-时间函数,重点分析启闭瞬时2种极限情况下入口流体速度、压力及动能损失.揭示了不同入口流量、开启高度、含气率等工况参数对单向球阀内部压力场、气液两相分布的影响规律,并通过试验数据和模拟结果进行对比,验证数值模拟的可靠性.研究结果表明:无论是在纯液相还是低含气率下,随着入口流量的增加,球阀压降增加,而且增加幅度比较均匀.在含气率分别为80%,60%,40%时,开启高度从2~6 mm过程中入口压差逐步减小,呈现递减分布规律;20%至纯液工况(含气率为0)时,开启高度越低入口压差变化越大,体现球阀界面气液逐步分离产生界面压差也更大.含气率从0增加到0.9,球阀压降的降低幅度非常明显,随着含气率的进一步增加,压降不断减小.     

双排油轴向柱塞泵配流特性理论分析与试验

通过改变缸体结构、柱塞数、端盖油路、配流盘形状等,设计了双排油内外环并联配流结构的轴向柱塞泵,实现了单柱塞泵两路高压供油。针对单环柱塞数减少,腔内压力冲击增大,脉动变大等问题,对配流结构进行重新设计。在排油腰形槽和吸油腰形槽过渡区取消卸荷槽,利用加大配错角,在排油完毕未接通吸油时,腔内封闭体积增大,未排尽的高压油液压力降低;在吸油腰形槽和排油腰形槽过渡区,排油卸荷槽利用阶梯变化通流面积代替原连续变化的通流面积,削弱了卸荷槽几何形状要求。重新设计后的双排油配流结构,以45 mL轴向柱塞泵结构为参考,对配流结构进行了理论分析,建立了双排油轴向柱塞泵仿真模型。以单柱塞腔内压力冲击、输出流量进行分析研究,得外环压力冲击小,与传统配流结构相比较双排油输出口压力脉动变化率变小,并试制双排油轴向柱塞泵。对试制泵进行压力脉动测试、容积效率测试和噪声测试,结果表明,与45 mL轴向柱塞泵进行对比,压力脉动降低了约30%,噪声也降低,容积效率不低于0.92。该双排油轴向柱塞泵可以代替双联泵,使系统结构简化,能耗降低。     

基于Flowmaster的不同阀门开度对供水管网优化

为了进一步提高供水管网的优化性能,利用 Flowmaster仿真软件,给出了管道、闸阀、阀门开度控制器等原件的建模过程,研究了阀门在不同程度下开启度对优化供水管网系统的影响,并建立多组对比模型参数进行仿真且着重分析了在阀门不同开启度下系统中管道阻力系数的变化.首先以流体管路系统为研究对象,对系统整体进行建模,其次对闸阀、管道的阻力损失规律进行优化分析,最后针对不同供水工况分别探究了阀门开启度对管道阻力损失的影响,得出最佳阀门开启度.结果表明,当供水管网系统分别处于大、小流量运行工况时,此时应根据用户实际用水需求量、阀门阻力系数、管道损失系数等方面因素综合调节各阀门开度,从而可以适当降低管网中的水力阻力损失,优化供水管网系统.     

液控蝶阀联动的混流泵机组启动过程数值模拟

为准确预测混流泵机组启动过程的瞬态特性,建立了具有液控蝶阀的某立式混流泵站全过流系统的三维几何模型,运用滑移网格法实现蝶阀的开启规律,结合三维非定常流动过渡过程研究手段,完成对混流泵机组启动过程数值计算,获得了机组启动过程外特性参数和若干测点静压值随时间的变化规律以及不同时刻内部流场瞬变特性.计算结果表明,机组启动过程最大反转转速为正向额定转速的0.16倍,水泵出口最高压力为额定值的1.26倍,均未超过允许值;机组处于泵工况转速趋于稳定时,泵段内水流流态和压力梯度变化受蝶阀开度影响明显,小开度时,泵段内压力梯度较大,最大压差为45.6 m,为额定扬程的1.62倍;高压水以射流的方式通过蝶阀从而在其出水侧产生回流,导致蝶阀两侧压差剧烈波动诱发阀体振动.     

冷凝液输送泵用铰接式单向阀流场数值模拟

针对冷凝液温度高、极易汽化,且泵吸入口液位高度差小,单向阀水力损失要求极高的问题,提出了一种新型冷凝液输送泵用铰接式单向阀,阐述了其工作原理.以冷凝液输送泵用吸入口铰接式单向阀为例,建立了其二维物理模型,并按照单向阀实际参数给出了边界条件,利用CFD软件Fluent6.3对单向阀开启过程中阀板开度分别为1°,2°,3°,5°,7°,10°六个工况点的流场状态进行了数值模拟,得到了新型铰接式单向阀开启过程中阀板前后部流场压力云图和速度矢量云图,并进行了不同开度状态下的对比分析.研究表明随着阀板开度的不断增加,流场的最大速度和最小速度也在不断增加,流场的最小压力区间一直出现在阀板下端,并初步总结了铰接式单向阀产生水力损失的主要位置,为铰接式单向阀工程设计计算及内部流道优化提供参考.