单线圈径向流磁流变阀优化设计与性能分析

针对磁流变阀通过改变内部结构提高压降而导致阀体积增大、内部通道易阻塞的问题,在不改变普通单线圈径向流磁流变阀内部基本结构及外观尺寸的基础上,对单线圈径向流磁流变阀压降与压降可调系数进行了多目标优化,设计了一种带有隔磁套筒的单线圈径向流磁流变阀,并阐述了其工作原理,基于Bingham模型推导了其压降数学模型。采用有限元法建立了磁流变阀二维仿真模型,观察径向圆盘阻尼间隙处磁感应强度分布规律,建立约束条件,分析了磁流变阀关键部件尺寸对剪切屈服应力与压降等相关性能的影响。运用ANSYS零阶和一阶优化工具对磁流变阀进行几何尺寸参数优化,并对优化前后磁流变阀有效阻尼间隙处的平均磁感应强度,以及进出口压降进行仿真对比分析。在磁流变阀动态性能测试平台上,对优化前后磁流变阀压降性能进行实验测试对比,实验结果表明,当励磁电流为1. 8 A时,优化前磁流变阀压降为1. 84 MPa,优化后磁流变阀压降为2. 58 MPa,增加了40. 22%;优化前磁流变阀压降可调系数为7. 94,优化后压降可调系数为10. 07,增加了26. 83%;不同负载对磁流变阀压降效果影响不大。     

两级径向流蜿蜒式磁流变阀结构设计与动态性能分析

设计了一种具有复杂液流通道结构的两级径向流蜿蜒式磁流变阀,其液流通道主要由2段圆环轴向流、4段圆盘径向流及3段中心小孔流组成。阐述了两级径向流蜿蜒式磁流变阀的工作原理,并推导了其压降数学模型。采用有限元法(FEM)对两级径向流蜿蜒式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,分析了磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明加载电流为0.8 A时压降为5.81 MPa。搭建了磁流变阀压降性能及响应特性测试实验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的磁流变阀压降性能进行了实验分析,结果表明加载电流为0.8 A时压降可达5.77 MPa,与仿真结果基本相符。同时,对磁流变阀压力响应时间进行了测试分析,实验结果表明所设计的磁流变阀响应迅速,响应时间在3~7 ms之间;并且响应上升时间比下降时间短;负载对响应时间没有影响;激励电流越大,响应越快。     

径向流和圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

设计了径向流动式和圆环流动式2种不同液流通道结构的磁流变阀,并分别对其工作原理进行了阐述;推导了径向流和圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)分别对径向流和圆环流磁流变阀的电磁场进行了建模仿真,在结构参数和磁场参数相等的情况下分析了径向流和圆环流2种液流通道结构的磁流变阀压降变化规律。搭建了磁流变阀压降性能试验台,对不同加载电流及不同模拟负载下的径向流和圆环流磁路变阀的压降性能进行了试验分析。仿真和试验结果均表明同样结构参数和磁场参数下的径向流磁流变阀产生的压降大于圆环流磁流变阀产生的压降。     

蚊香盘式液流通道磁流变阀压降及响应性能研究

设计了一种蚊香盘式液流通道磁流变阀，其液流通道主要由2个牛顿流体圆管流、1个牛顿流体圆环流、2个非牛顿流体圆盘流和2个非牛顿流体螺旋流共同组成。分析了磁流变阀的工作原理及结构，推导了其压降数学模型。采用有限元法对磁流变阀的电磁场进行建模仿真，并分析了压降变化规律，仿真结果表明，加载电流为2.0A时，压降达5.58MPa。搭建了磁流变阀性能测试实验台，对不同外加电流和不同模拟负载下的压降性能进行实验测试，结果表明，当加载电流为2.0A时，压降可达5.1MPa，较之传统的径向流磁流变阀压降性能提升明显。不同流量下的响应性能实验结果表明，所设计的磁流变阀响应速度快，上升阶段响应时间小于下降阶段响应时间。     

圆环流磁流变阀压降性能分析与试验

磁流变阀是一种以磁流变液为工作介质的智能控制器件,其进出口压差可调且响应速度快的特点使其在减振抗震系统中具有广泛的应用前景。设计了一种典型的阻尼间隙为圆环流动式的圆环流磁流变阀,对其工作原理进行了阐述,同时推导了圆环流磁流变阀的压降数学模型。采用有限元法(FEM)和计算流体力学法(CFD)分别对圆环流磁流变阀的电磁场和流场进行了建模仿真,分析了不同电流下磁流变阀压降变化规律,仿真结果表明圆环流磁流变阀的压降随着加载电流的增大而增大,并且逐渐趋于饱和;同时采用FEM方法得到的最大压降为948 k Pa,采用CFD方法得到的最大压降为1 079 k Pa。搭建了圆环流磁流变阀压降性能试验台,对不同电流及不同负载下的磁流变阀压降性能进行了试验分析,并与仿真结果进行了对比,结果表明试验压降变化趋势与两种仿真方法得出的压降变化基本相符,试验测试得到的最大压降为662 k Pa。同时,试验结果表明外加负载对圆环流磁流变阀压降大小变化基本无影响。     

磁场结构对径向流磁流变阀动态性能的影响

针对不隔磁径向流磁流变阀磁力线只在径向阻尼间隙中垂直分布导致压降小的不足,提出并设计了一种隔磁径向流磁流变阀。通过设置隔磁零件来改变磁场结构,使磁力线形成蜿蜒式走向而被引导到不隔磁径向流磁流变阀中未被利用的轴向阻尼间隙,从而增加磁流变阀中产生磁流变效应的工作区域,在不增大阀尺寸前提下实现增加液流通道有效阻尼长度的目的。采用有限元法对外形尺寸和液流通道结构完全相同的不隔磁和隔磁磁流变阀进行建模仿真分析,以观察磁流变阀隔磁和不隔磁结构对磁力线路径和磁感应强度分布规律的影响。同时在动态性能测试平台上对不隔磁和隔磁径向流磁流变阀压降及响应性能进行试验测试对比。仿真和试验结果均表明:隔磁径向流磁流变阀由于设置了隔磁零件,可使磁力线在轴向和径向阻尼间隙中均匀分布,使其压降比不隔磁磁流变阀的压降大。另外,由于轴向阻尼间隙受到磁场的作用,隔磁磁流变阀具有更大的上升响应时间。     

混合流动式磁流变阀结构设计与压降性能分析

针对目前磁流变阀结构单一且体积大的不足,设计了一种结构紧凑的混合流动式磁流变阀,该磁流变阀阻尼间隙液流通道由单个轴向圆环流动、单个径向圆盘流动和单个中心小孔流动串联组合而成。阐述了混合流动式磁流变阀结构及工作原理;分析了励磁线圈作用下有效阻尼间隙处的磁路分布,同时建立了其压降数学模型。采用有限元法对混合流动式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,对阻尼间隙处的磁场强度和剪切屈服应力的分布规律进行了分析;仿真结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为3 342 k Pa。对混合流动式磁流变阀压降性能进行了试验测试,具体分析了加载电流以及径向圆盘阻尼间隙厚度对磁流变阀压降的影响,试验结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为2 650 k Pa,试验结果与仿真结果变化趋势基本一致。     

磁流变阻尼器设计与性能试验

以提高输出阻尼力和减少响应时间为目标,对磁流变阻尼器进行励磁线圈缠绕方法和磁场融合匹配分析,提出了基于反向串联线圈缠绕和活塞-永磁复合体的结构优化方法,并设计了一种磁流变阻尼器件.在DS-100型动静试验平台上进行不同激振频率、激振振幅和控制电流下的综合性能测试.研究表明,优化后磁流变阻尼器的输出阻尼力可提高65％,响应时间最大可减少50％.研究结果为进一步改进磁流变阻尼器性能提供了参考依据.     

矩形节流阀片可调油气弹簧旁通阀流量设计研究

给出了油气弹簧结构原理图,通过油气弹簧活塞与活塞杆的受力分析,对油气弹簧的承压面进行了研究,可知油气弹簧的阻尼力与油气弹簧活塞和油气弹簧缸筒内径之间的环形面积有关,对矩形节流阀片建立了力学模型,对矩形节流阀片的弯曲变形进行了分析,并在此基础上对油气弹簧的开阀速度、开阀压力以及油气弹簧流量进行了探讨,根据旁通阀打开所设计油气弹簧阻尼比,对旁通阀打开后可调油气弹簧的最大开阀速度和开阀压力进行了分析,对旁通阀的流量进行了研究和分析,最后对可控油气弹簧进行了阻力特性试验。可知,旁通阀最大流量设计方法正确的,利用控制电流可以实现对可调油气弹簧阻尼特性的控制。     

温度效应下磁流变阻尼器动力学仿真建模与试验

为了精确预测磁流变阻尼器在温度效应下的动力学性能规律,提出一种参数化的仿真建模方法。采用磁流变液试验实测数据拟合方法,建立粘温特性相关非线性物理参数方程;基于Bingham力学模型及对温度效应的影响分析,运用ANSYS软件编译UDF程序、设置模型参数进行参数化仿真建模,以Fluent模块求解粘滞阻尼力,以Emag模块求解库伦阻尼力。搭建温度效应下磁流变阻尼器力学试验平台,并通过试验对仿真模型进行修正、对比与验证,讨论不同温度对阻尼力、能量耗散的变化规律。结果表明,温度效应主要影响粘滞阻尼力,仿真结果与试验实测值高度吻合;不同温度和电流下阻尼器的能量耗散与温度成反比,与库伦阻尼力成正比。仿真建模方法可预测分析输出阻尼力特征,以对磁流变阻尼器进行结构设计和参数优化。     

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。     

大型拍门液压缓冲装置试验研究

拍门是轴流泵站主要截流闭锁装置之一，其动态特性与泵装置停泵过渡过程中泵机组动力学特性，管路系统瞬变流及液压启闭机构动态特性等有关。文中结合湖北樊口泵站大型拍门模型试验，介绍了拍门及液压启闭系统模型相似设计方法，运用微机动态测试系统实测了不同装置扬程下两种不同渐变缓中方案的拍门动态参数及启闭机油罐内应力变化过程，根据模型试验结果合理确定了樊口泵站拍门技术改造中截流渐变回油口槽道面积方案，该研究成果不仅为樊口泵站拍门技术改造提供依据，同时也对同类截流闭锁装置设计，改造具有参考价值。     

高频二维脉宽调制转阀流体控制特性研究

传统的阀控液压系统是利用液压阀节流孔来控制流量,存在很大的节流损失。基于数字液压的思想及受高速开关阀全开和全关状态理论上无节流损失的启发,本文提出二维脉宽调制转阀构型,将液压系统流量以流体脉宽调制的方式进行控制及分配,降低节流损失,同时通过主动溢流方式极大地消除溢流损失。在高压(负载)支路和低压(油箱)支路之间通过阀芯旋转快速高频切换输出离散流量;通过阀芯轴向位移控制占空比(恒定转速下,负载支路连通时间与回油支路总连通时间的比)以实现输出平均流量的控制。通过数学模型、仿真以及实验验证了高频二维脉宽调制转阀可将流体连续性流动转变为离散、可控的流动,从流体系统工作介质离散化的角度实现了一种新的流量控制方式。     

高频二维脉宽调制转阀流体控制特性研究

传统的阀控液压系统是利用液压阀节流孔来控制流量,存在很大的节流损失。基于数字液压的思想及受高速开关阀全开和全关状态理论上无节流损失的启发,本文提出二维脉宽调制转阀构型,将液压系统流量以流体脉宽调制的方式进行控制及分配,降低节流损失,同时通过主动溢流方式极大地消除溢流损失。在高压（负载）支路和低压（油箱）支路之间通过阀芯旋转快速高频切换输出离散流量;通过阀芯轴向位移控制占空比（恒定转速下,负载支路连通时间与回油支路总连通时间的比）以实现输出平均流量的控制。通过数学模型、仿真以及实验验证了高频二维脉宽调制转阀可将流体连续性流动转变为离散、可控的流动,从流体系统工作介质离散化的角度实现了一种新的流量控制方式。     

重型拖拉机电液提升器多路换向阀仿真与试验

以多路换向阀为研究对象,分析了多路换向阀的工作原理和结构特点,利用压力-流量方程、孔道流量连续性方程及阀芯力平衡方程建立了多路换向阀的状态方程,并运用Matlab/Simulink软件,选择四阶龙格-库塔算法对其进行了动、静态性能仿真分析。基于闭心式负载传感液压系统试验平台,对多路换向阀进行了试验研究,试验结果表明：整个液压系统的压力损失在1.5MPa左右,负载压力阶跃变化时,多路换向阀可实现负载补偿功能;手动换向阀芯位移阶跃变化时,多路换向阀内压力冲击小、响应特性好;系统流量仅与多路换向阀调速节流口开度大小有关,不受负载变化影响,调速性能良好,满足重型拖拉机电液悬挂系统对多路换向阀的性能要求。     

内置电磁阀式阻尼连续可调减振器设计与试验

基于先导溢流阀原理设计了一种内置电磁阀式阻尼连续可调减振器,对可调阻尼力进行了理论分析,在Simulink中建立其力学仿真模型;结合减振器试验标准设计可调减振器的试验方案,利用INSTRON-8800型单通道伺服激振台架对可调减振器样件进行试验。试验结果表明,减振器的复原阻尼力调节范围为0~3.72 k N,压缩阻尼力调节范围为0~1.01 k N;并且与仿真结果之间的误差未超过20%,证实了减振器模型的正确性和减振器结构的可行性。通过试验获得的阻尼力与电流关系可为半主动悬架控制器的匹配开发提供数据支撑,为减振器设计提供参考。     

阀芯运动状态滑阀内部流场的可视化分析

应用CFD软件Fluent,以全周开口滑阀为例,对滑阀阀芯运动过程内部流场变化特性进行了可视化分析.计算发现当阀处于小开口、大流量、阀芯高速运动时,瞬态液动力数值较大,设计阀时必须加以考虑.由于流道和阀体的不对称,在阀杆上还作用有不对称的径向力,会引起阀芯卡紧,很难用结构设计的方法加以平衡.通过对滑阀动静态流量系数进行计算,发现随着阀口开度和阀芯运动状态的不同,流量系数变化较大.