2D电液伺服流量阀特性研究

提出了2D电液伺服流量阀设计方案,应用磁栅霍尔传感器检测比例旋转电磁铁的角位移,并与输入控制信号对比,形成角位移信号闭环反馈;采用变传动比拨杆拨叉驱动机构,结合2D控制技术将旋转电磁铁角位移比例转换为阀芯轴向位移,斜槽敏感通道形成位置闭环反馈,提高了其控制精度和抗污染能力。建立了该阀的数学模型,对整个系统进行了仿真分析,并设计样机,进行了实验研究,实验结果表明:当工作压力为35 MPa、阀芯行程为0.8 mm时,其频宽约为120 Hz,阶跃响应5 ms,6 mm通径阀流量达60 L/min,且其质量仅为同级别阀的1/3左右,适用于机载液压系统。     

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。     

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。     

液压高速开关锥阀流场仿真特性研究

为了探究高速开关锥阀的静动态特性,在ANSYS Workbench中的Fluent模块进行模型导入、网格划分、边界条件定义、参数设置、求解和后处理,得出静动态仿真中的压力特性和速度特性。动态特性仿真使用动网格中重叠网格的计算方法,在Spaceclaim中建模并通过Fluent求解。静态仿真阀口位置和下游流道位置处的速度迹线反映了不同流体微元的运动轨迹;动态仿真结果显示:(1)能量利用率为37.5%时对应的阀芯升程绝对速度为0.6 m/s,该时刻开关阀的动态响应特性最佳;(2)开关数字阀开启运动时,出口最大速度大于进口最大速度;(3)开关阀在开启运动工况下,进口最大流量大于出口最大流量,这和下游流道涡流能耗有关。     

2-D数字阀用低惯量旋转电磁铁及其矩角特性研究

针对传统2-D数字阀用电-机械转换器转动惯量大、动态响应低的不足,研制了一种空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁.通过磁路解析讨论了电磁铁结构和运行参数对输出力矩的影响;基于Ansoft/Maxwell 3-D平台对其矩角特性进行了有限元模拟.试验结果和仿真结果基本一致,该低惯量旋转电磁铁具有较大的静力矩,其矩角特性近似于正弦波形,可用作高频2-D数字阀的电-机械转换器.     

基于高速开关阀的气动人工肌肉轨迹跟踪控制仿真

针对基于高速开关阀的气动人工肌肉位置伺服控制系统的非线性与时变性,设计了基于气动人工肌肉实验模型的PID反馈控制器,实现气动人工肌肉的高精度运动轨迹跟踪控制。首先,通过实验建模得到气动人工肌肉静态特性的实验模型,然后基于理想气体多变方程,建立可有效描述气动人工肌肉动态特性的数学模型,利用Sanville流量公式建立流经高速开关阀阀口的气体流量方程,并采用脉冲信号调制法生成PWM信号,进而控制高速开关阀占空比。在此基础上,借助PID反馈控制器建立气动人工肌肉气压与轨迹跟踪的控制模型,并采用Simulink对所提出的气压和轨迹跟踪控制方法进行数值仿真。结果表明,所建立的控制模型能够精确地跟踪期望气压和运动轨迹,从而验证了控制模型和控制方案的精确性和可行性,为实现气动人工肌肉高精度轨迹跟踪控制提供了有效手段。     

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。     

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.     

圆锥和平面形磁极高速电磁铁动态特性对

对电磁铁吸合和释放过程作了详细探讨,建立了高速电磁铁的电、磁、机耦合动态数学模型,导出动态力的增量方程并进行分析,指出动态特性可由静态特性间接分析获得.在不同结构参数下,对圆锥形和平面形磁极高速电磁铁进行实验和仿真,对比两者动态特性获得适用范围,研究结果为高速电磁铁的工程设计提供了参考依据.     

2D电液比例方向阀弹性压扭联轴器研究

针对传统直动式电液比例方向阀流量小,而导控式电液比例方向阀结构复杂的不足,提出了一种流量大、结构简单的位置反馈型2D电液比例方向阀。该阀由2D方向阀、弹性压扭联轴器和比例电磁铁共轴联结。其中弹性压扭联轴器实现比例电磁铁衔铁直线运动和阀芯旋转运动的转换,并同时放大比例电磁铁推力。在分析弹性压扭联轴器工作原理的基础上,建立了数学模型,推导了轴向力、扭矩、转角与挠度的解析方程。基于ANSYS Workbench 13平台对弹性压扭联轴器静力学特性进行了有限元仿真,仿真结果与解析方程计算结果及实验结果基本一致。研究结果表明:比例电磁铁输入55 N,通过弹性压扭联轴器转换,阀芯产生了1.2 N·m扭矩,且输入力与输出扭矩的线性度较好;弹性压扭联轴器应用于2D电液比例方向阀是可行的。     

汽车转阀式液压动力转向器性能分析与试验

对液压动力转向器的转向控制阀进行动力学分析,并且建立了负载压力、负载流量的无因次方程。通过分析转阀特有的非线性,提出了适合转向特性的非线性区间。试验结果表明:基于非线性特性的动力转向器具有很好的转向灵敏度和转向力特性,其对称性分别达到了98.15%和96.37%。     

共轨喷油电磁阀动态特性仿真与实验

电磁阀动态响应特性直接影响高压共轨喷油器的开启和关闭过程.首先对电磁阀驱动电流加载和卸载过程进行了实验研究,基于实验结果和驱动原理求取了不同气隙下电磁阀磁链与电流的关系,并根据磁链与电磁力的关系建立了电磁阀的电磁模型.然后根据电磁阀的工作原理建立了描述衔铁运动特性的电磁阀动力学模型.最后,在Matlab/Simulink仿真环境中建立了以驱动电流为输入的共轨喷油器电磁阀机电耦合模型,对模型进行了验证,仿真计算结果与实验结果显示了很好的一致性.     

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.     

数字配流式液压马达配流特性研究

研究一种采用高速电磁开关阀组实现数字式配流的液压马达。首先分析该数字配流式液压马达的运行机理与结构特点;接着在柱塞运动学分析的基础上,根据配流过程分区间建立了其逆时针和顺时针旋转的数学模型,分析了两个方向旋转模型之间的差异。针对所提出的模型进行了仿真,并在此基础上研究了数字配流式液压马达转向切换过程的特性。初步讨论了高速开关阀的开关频率对液压马达性能的影响,并将该马达与传统液压马达进行了对比。通过样机试验,证明了仿真结果的正确性和有效性。     

大流量电液控制阀设计与试验

设计了一种大流量电液控制阀,采用压差反馈取代常用的位移反馈,为二级阀闭环提供了一种新方法并降低了成本;采用椭圆油口降低了阀芯长度与质量,有利于提高系统频响。建立了电液控制阀系统的数学模型并进行了仿真分析,结果表明采用矩形窗口与三角形窗口组合的复合节流窗口的设计可同时满足大流量时的快速性与小流量时的稳定性要求,电液控制阀最大流量为417 L/min,在±50%输入信号下频响为73 Hz。研制了试验样机并成功应用于液压软管脉冲试验系统,系统在不同负载下的水锤波响应进一步验证了所设计大流量电液控制阀应用的广泛性。