阀用耐高压旋转电磁铁特性研究

设计了一种轴向分相结构的耐高压旋转电磁铁,通过磁路解析、数值仿真和实验研究讨论了电磁铁的矩角特性曲线以及频响和阶跃响应等静动态特性,其仿真频宽约为115 Hz/-3dB和80 Hz/-90°,上升时间约为15 ms.为了验证理论分析的正确性,搭建了静动态特性实验平台对其进行了实验研究.结果表明该电磁铁的矩角特性近似于正弦波形,其最大静转矩达到了0.19 N·m,实验频宽达到113 Hz/-3 dB和65 Hz/-90°,上升时间约为18 ms.实验结果和仿真结果基本吻合,可以用作直动式2-D数字比例阀等的电-机械转换器.     

单相对称磁路湿式力矩马达研究

现有的2D阀用电-机械转换器从磁路原理和结构而言均较为复杂,且不能在湿式状态下工作。为此,基于单相对称磁路设计了一种结构简单、有限转角的新型湿式力矩马达,制作了实验样机并搭建了实验平台,分别基于磁路解析、数值模拟和实验研究了该马达的力矩-转角特性以及频率响应等主要特性。实验结果和模拟结果基本相符,显示该马达的矩角特性曲线呈线性关系,且幅值随着电流增加而增大,其静力矩幅值达到0.042 N·m,实测频响能够满足直驱式2D比例阀和换向阀等的使用要求,适合作为此类场合的电-机械转换器。     

2D电液高速开关阀设计与实验

2D电液高速开关阀是采用具有双运动自由度阀芯的两级高速开关阀,该阀利用旋转电磁铁和拨杆拨叉机构驱动阀芯作旋转运动,实现导阀功能,由油液压力差推动阀芯作轴向移动,实现阀口的高速开启与关闭。为提高阀的动态特性,旋转电磁铁转子设计成3个52°叶片环形均布结构形式,拨杆拨叉对旋转电磁铁的输出转矩放大5倍。为测试2D高速开关阀的动态特性,设计了双摆轮和旋转电磁铁驱动2D高速开关阀两种实验方案。在建立数学模型和制作样机的基础上,对其动态特性进行了数字仿真和实验研究,仿真与实验研究结果吻合,2D高速开关阀的液压伺服螺旋机构具有很高的频响,当用旋转电磁铁驱动时,在28 MPa工作压力下,阀芯轴向行程为0.8 mm,开启时间约为18 ms,6 mm通径阀流量高达60 L/min。     

弓形和矩形先导级2D伺服阀动态特性分析

2D伺服阀基于螺旋伺服的原理将先导级和功率级集成在阀芯上,具有功率密度高和响应速度快的特点,其动态特性易受先导级节流口的影响。本文对弓形和矩形两种先导级结构的2D伺服阀动态特性及其结构参数对动态特性的影响进行研究。首先,阐述2D伺服阀的结构及工作原理,分别建立弓形和矩形先导级结构2D伺服阀的数学模型;然后,采用数值计算的方法对两种先导级结构2D伺服阀进行仿真分析,获得两者在不同结构参数(斜槽角β、先导级零位开口量h0)和不同工作压力ps下的阶跃响应特性;最后,搭建2D伺服阀的阶跃特性实验平台,获得弓形和矩形两种先导级结构2D伺服阀的阶跃特性实验曲线,并与仿真结果进行比较。结果表明,在相同结构参数(斜槽角β为82°、先导级零位开口量h_0为0. 02 mm)和20 MPa工作压力条件下,2D伺服阀采用矩形先导级结构将阀芯轴向位移对阀芯转角的阶跃响应时间,从弓形先导级结构的3. 4 ms缩短为1. 4 ms。将矩形先导级结构应用于以力矩马达作为电-机械转换器驱动阀芯旋转构成的2D电液伺服阀中,当阀芯轴向位移为0. 3 mm时,其阶跃响应时间为10 ms,基本满足2D电液伺服阀对响应速度的要求。     

2D高速开关阀结构参数优化设计与实验

对高速开关阀的结构参数进行优化设计,以提高其动态响应性能。主要从伺服螺旋机构导控面积的增大、旋转电磁铁转动惯量的降低和将传动机构设计成变传动比3方面进行结构优化和改进。提出斜槽型的阀芯结构以增大伺服螺旋导控级的面积梯度;为降低旋转电磁铁的转动惯量,提高其动态响应,引入6片26°均布结构的旋转电磁铁;为提高力矩输出,改善初始阶段的快速性,提出了变传动比的传动机构,并给出变传动比曲线和力矩变化曲线。在分析其工作原理和过程后建立旋转电磁铁、传动机构和伺服螺旋导控机构的数学模型;并在Matlab平台进行仿真分析,研究表明,结构优化后的开关阀幅频特性曲线在-3 d B下频率为240 Hz左右;最后建立2D高速开关阀的实验装置,通过满量程阶跃响应和零位泄漏率对仿真结果进行实验研究。在工作压力14、21 MPa下,阶跃响应时间分别为8.9、8.0 ms,零位泄漏分别为4.7、5.6 L/min。     

浆翼式力矩马达反馈特性研究

针对现有的位置直接反馈式二维(2D)伺服阀的液压伺服螺旋结构复杂和加工昂贵的不足,提出一种具有反馈机能的浆翼式力矩马达,将其作为电-机械转换接口与阀芯相连而构成结构简单、加工成本低的力反馈式二维(2D)伺服阀。加工了3种不同浆翼倾角的马达样机并搭建了实验台架,分别采用磁路解析、有限元模拟和实验研究的方法研究了该马达的反馈力矩与衔铁轴向位移之间的特性关系。实验结果和模拟结果基本相符,显示该马达的反馈力矩-位移特性曲线呈线性关系,且幅值随着衔铁位移增加而增大;对比不同倾角的特性曲线可以得知,增大浆翼倾角是增加反馈力矩的有效手段。     

滚轮压扭型2D电液比例方向阀特性分析

设计了一种滚轮式双向压扭联轴器,以球型滚轮代替滚动轴承,既简化了压扭联轴器的加工,也减小了摩擦阻力;可实现比例电磁铁直线运动和阀芯旋转运动的转换,同时放大阀芯旋转扭矩,并将其与双向比例电磁铁和2D方向阀共轴联接,组成一种压力高、流量大、结构简单的位置反馈型2D电液比例方向阀。进而建立了该阀的数学模型,应用Matlab软件对阀的特性进行了仿真分析。实验结果表明:滚轮型压扭联轴器具有良好的输入输出特性,颤振补偿下空载滞环可达1.0%;系统压力为21 MPa时,包括电磁铁滞环在内,该阀流量滞环小于5%,且线性度和重复特性良好;对应-3 d B、-90°的频宽约为12 Hz;阀的阶跃响应上升时间约为0.45 s,无超调量。     

环保型叶片调节系统的开发与应用

叶片全调节是大型叶片泵工况调节的主要方式,在分析传统的机械和液压叶片调节方式存在问题的基础上,提出将机械式操作拉杆和液压式操作动力进行组合的环保型叶片调节机构,并设计了接力器的活塞缸分别布置在水泵轴和电动机轴之间的中置式和布置在轮毂上方的下置式2种叶片调节机构型式,较好地解决了密封要求高的问题,保证叶轮无泄漏.建立以三维CFD模拟技术为基础的叶片受力和水力矩大小及分布的预测和计算模型,提出了按不同叶片安放角和不同运行工况下力矩分布设计接力器结构(直径和压力等级)的方法.对现有的受油器结构和控制原理进行改进与完善,并成功研制采用伺服电动机-配压阀和数字比例阀的新型受油器结构,其调节精度可达4‰,实现了叶片精确调节和开/闭环控制.     

高频电气喷射阀优化设计与试

建立了高频电气喷射阀电磁铁的有限元分析模型.在静态有限元分析基础上,通过减小喷射阀衔铁外径及在其中心钻孔对电磁铁结构进行了优化设计.优化后模型的结构尺寸及提供的稳态电磁力均与优化前相当,而衔铁质量下降71%,故其加速度大幅上升,使得优化后模型的动态响应时间在各工作状况下均约缩短8%.最后,根据优化后电磁铁模型加工制造了电气喷射阀样机,并研制了其动态性能测试系统.试验与仿真结果吻合,验证了仿真模型的有效性.     

涡旋流体机械平衡重功率损耗的数值分析

为了分析涡旋流体机械平衡重随曲轴旋转过程中与周围气体相互作用时所损耗的功率以及平衡重结构对功耗的影响,基于流体力学理论,采用计算机数值模拟方法,应用计算流体动力学软件Fluent建立了平衡腔内流体的滑移网格计算模型.通过改变平衡重所在旋转流体区域的转速得到了平衡重在不同工况条件下受到的各种阻力矩及功率损耗,分析3种结构平衡重径向侧面的压力分布情况,并对比研究平衡重结构变化对功耗的影响.计算结果表明:平衡重随曲轴旋转时径向侧面所受的压差阻力矩远大于其表面的摩擦阻力矩,压差阻力矩是产生功率损耗的主要原因,且各种阻力矩值随着转速的增大而增大;对平衡重径向侧面进行倒角或倒圆角后改善了平衡重表面及腔体内气体流动状况,平衡重所受的压差阻力矩明显减小,倒圆角后平衡重的功率损耗比未倒角时降低了20%以上.     

圆盘式磁流变制动器仿真优化设计

为了改进磁流变制动器的性能,提出了一种基于结构与磁路耦合模型仿真分析的优化设计方法。该方法以最大化制动器的制动力矩和最小化制动器的质量为目标,采用变动权系数的策略将多目标化为单目标,然后运用ANSYS的参数化有限元仿真优化工具进行优化求解,得到磁流变制动器的最佳几何参数。在此基础上,加工制造出实物样机,设计并搭建磁流变制动器性能测试平台,实验和仿真结果表明该设计方案能较好满足制动器的制动力矩和磁路设计的要求。     

面向立柱栽培的移栽机器人设计与协调运动仿真

针对新型螺旋栽培立柱结构进行了配套移栽机器人系统的设计。通过几何与静力学分析,确定了插针式末端执行器的驱动电磁铁选型与机构参数。通过立柱的穴盘苗机器人移栽协调运动仿真,确定了机械手结构参数与系统优化布局,得到了多执行元件协调运动时序关系并建立了移栽协调运动流程。样机试验结果表明,机械手平均水平与竖直定位误差分别为2.24 m和0.63 m,移栽成功率为94.7%。立柱1.2 m高度范围的移栽作业效率为750株/h,末端执行器取苗时间仅为0.2 s,能够满足立柱自动化移栽作业的要求。     

电磁制动器之电磁体的优化设计研究

分析了电磁制动器的工作原理,以及其存在的问题,提出了一种新型非轴对称电磁体结构。     

非线性功放扩大主动磁悬浮系统动态范围研究

为了克服电磁铁芯材料的非线性对主动磁悬浮控制系统的影响,提出一种非线性功率放大的新方法,通过这种特殊的放大器将带有铁芯的差动电磁铁负载系统转换成一个线性系统,对主动磁悬浮的控制器而言,其控制对象就变成了一个线性控制系统,这有利于系统控制量的实时计算。实验结果表明,非线性功放的应用扩大了控制器的动态范围,提高了主动磁悬浮控制系统的稳定性。     

喷油器惯量及喷孔直径对直喷式柴油机性能的影响

对低惯量及传统式喷油器和不同喷孔直径的偶件组合的四种方案,在同一喷油泵同台柴油机上,就两种工况下试验实测及放热规律的计算,分析惯量、喷孔直径对高、低速工况时性能的影响.     

联合收获机惯性沉降分离室内籽粒运动规律

根据牛顿第二定律,建立了惯性沉降分离室内包含多因素的籽粒运动微分方程式。利用拉格朗日法的离散相模型对惯性沉降分离室内籽粒运动进行了数值计算,得到了籽粒在惯性沉降分离室内的运动轨迹,沉降、分离等运动规律,并通过数值计算得到分离室入口气流速度和籽粒初速度对分离室分离效率的影响规律。     

平行轴少齿差环式减速器动平衡研究

以N型内齿行星齿轮传动的基本结构形式－环式减速器的传动机理进行了分析研究，建立了环式减速器系统受力分析模型，得出目前环式减速器存在惯性力或惯性矩不平衡的结论。提出了一种能实现惯性力和惯性力矩平衡的平衡环式减速器以及在工艺上具体实现的措施。试验证明，平衡式环式减速器与同功率其他环式减速器相比具有振动噪声小说的优点，同时降低了减速器制造成本和加工难度，具有重要的理论意义和工程实用价值。     

基于LabVIEW的电磁体性能测试台转矩转速测量

在以LabVIEW虚拟仪器为测控系统的电磁体性能测试台上,通过数据采集卡直接将转矩转速传感器的两路正弦信号采入,用LabVIEW语言编写程序对信号进行频谱分析,求出相位差和频率,通过标定实现了转矩和转速的测量,并进行了误差分析。经实际应用表明,该方法具有硬件开发成本低、检测效率高、与测控系统集成方便等优点。     

离心泵叶轮固液两相流动及泵外特性数值分

基于N-S方程和标准k-ε湍流模型,采用SIMPLEC法,对离心叶轮三维固液两相流场进行了耦合计算,得到了固相(颗粒)不同粒径、不同体积浓度不同密度以及不同流量时的固相(颗粒)浓度分布,并研究了外特性的变化规律.模拟结果表明,颗粒本身的性质密度、粒径对颗粒的分布及运动规律影响较大,密度、粒径越大的颗粒在惯性力作用下易偏向工作面;颗粒体积浓度对颗粒的分布略有影响;泵在非设计工况下运行时,相对进口液流角的变化影响了颗粒在叶轮内的分布情况;颗粒密度、粒径、固相体积浓度的增大会引起扬程的减小.     

基于自适应邻域Harris算子的三维对象检索方法

针对三维对象检索过程中在对象旋转、灰度改变等复杂情况下检索精度不高的问题,提出一种三维对象检索方法。将Harris算子扩展运用到三维对象,自适应地确定顶点的邻域大小,然后根据Harris函数响应值选取兴趣点。利用兴趣点构建三维对象具有全局形状特征的距离直方图,将距离直方图作为三维形状的描述符进行检索。实验结果验证了算法的有效性,提高了检索的查全率和查准率。