丘陵山地拖拉机液压多点动力输出系统设计与试验

针对丘陵山区地形复杂、地块通常起伏不平,丘陵山地拖拉机在工作时需要调平车身,悬挂装置需要实时调节以适应地形变化的具体情况,设计了一套适用于丘陵山地拖拉机复合作业的液压多点动力输出系统。首先,根据阀的工作原理建立了主要液压阀的数学模型;然后,基于AMESim（Advanced modeling environment of simulation）仿真软件建立了拖拉机液压多点动力输出系统仿真模型。仿真结果表明,右路负载阶跃变化时,系统压力调整时间约0.1s,超调量为2.13%,两路稳态流量保持不变;右路阀芯阶跃变化时,右路流量在7.2~13L/min范围内阶跃变化,调整时间约0.1s,几乎无超调,左路流量波动很小。最后,进行了室内试验,验证了所设计的液压系统具有负载反馈、压力补偿和流量分配等功能。     

拖拉机液压底盘液控比例流量阀设计与试验

为提高液压驱动拖拉机行驶时的调速稳定性和低速行驶时的平顺性,设计了一种液控比例流量阀。该阀设计有压力补偿功能,以消除压力波动对流量的影响,提高了流量控制精度。通过传统计算和仿真验证的方法对该阀进行结构参数设计。基于阀口迁移理论设计了阀芯节流槽,以增大调速区间。仿真结果表明:该阀控制流量范围为0~5.67×10-3m3/s,流量变化平稳,流量调速控制压力区占总控制压力区间的68.4%;压力补偿阀控制补偿压力在0.3~0.7 MPa的范围内,可使比例换向阀流量稳定。试验结果表明:拖拉机空载、发动机怠速工况时,流量调速控制压力区占总控制压力区间的45%;拖拉机空载、发动机高速工况时,流量调速控制压力区占总控制压力区间的62%;拖拉机重载、发动机怠速工况时,流量调速控制压力区占总控制压力区间的49.5%;拖拉机重载、发动机高速工况时,流量调速控制压力区占总控制压力区间的48.5%;当控制压力为0.78 MPa时,液控比例阀流量稳定在8.33×10-5m3/s;当控制压力为0.84 MPa时,液控比例阀流量稳定在2.5×10-4m3/s。     

拖拉机液压机械无级变速箱控制与交互系统

为了满足拖拉机各种作业工况下的行驶速度及动力需求,对拖拉机液压机械无级变速箱的控制与交互系统进行了研究。首先,针对自主研发的某新型液压机械无级变速箱,简要阐述了其液压功率分流机构与无级调速原理,明确了被控对象与控制量。而后,对变速箱的无级调速与负载自适应控制进行了研究,一方面,提出了变速箱速比的点位控制方法,将变速箱速比在全程范围内划分为96帧,作出每一帧与变量泵励磁电压、变量泵流量方向电磁阀、离合器电磁阀的动作关联查询表,通过程序指针的顺序移动实现无级调速与段位切换;另一方面,基于发动机功率控制的要求,提出了一种负载自适应速比调整策略,给出了相应的模糊控制表,并分析了该算法在不同段位区间内的性能;而后,阐述了无级调速拖拉机的交互挡杆与变速箱电子控制单元设计;最后,基于所开发的控制系统进行了拖拉机加速和负载自适应调整试验。研究结果表明,点位控制时拖拉机的速比调节过程较为稳定,属于开环控制;负载自适应控制时的变速箱速比完全取决于负载变化,属于反馈控制。研究结果表明,所设计的控制系统可以很好地对拖拉机液压机械无级变速箱实施控制。     

甲板车辆液压行驶系统研究

根据甲板车辆液压行驶系统的设计方案,建立了DA-HA闭式控制的自适应液压行驶系统和汽车行驶动力学AMESim模型,进行了仿真研究。仿真结果表明:该车行驶性能良好,能够满足设计指标;液压系统能够根据负载的变化有效地自行调节车速;在起步和制动时液压行驶系统负载急剧变化,系统压力波动较大,并且系统工作压力稳态响应稍慢。分析结果既对液压系统的参数匹配起到了校验的作用,也为车辆液压行驶系统的研究提供了一种方案。     

基于AMEsim的果园管理机液压系统动态特性研究

针对果园管理机液压系统工作可靠性问题进行研究分析,利用AMEsim仿真软件分别搭建液压系统行走回路、调平回路和回转回路的仿真模型,并对模型进行动态仿真分析,得到各回路对应的压力、流量、转速等随时间的变化关系。仿真结果表明:在越障过程中,负载转矩呈一种阶跃性变化,由0Nm迅速转换为300Nm,压力由0MPa转换为10MPa,行走系统在越障过程中压力波动小,稳定性好;对于横坡调平系统,通过仿真分析得出2个调平油缸压力和流量曲线始终保持一致,进而验证该回路满足同步动作的实际情况;对回转系统进行液压仿真,可以得出随着节流口开口量的不断增加,回转马达的转速逐渐升高,由1.7r/min上升到7.8r/min,溢流阀的流量不断减少,由48.2L/min下降至40L/min,系统压力小,回转马达运行可靠,果园管理机回转平稳。     

兴潮DF-80型多路阀

兴潮DF-80型多路阀,是液压机构中并联式手动组合换向阀,可实现多个执行机构的集中控制,适用于农业机械及工程机械液压操纵系统中使用,具有结构紧凑、压力损失小、性能可靠、安装     

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。     

番茄收获机液压系统节能技术研究

液压系统中压力过高和流量过大是系统产生能量损耗的根本原因.为了节约能源,液压系统工作时的压力和流量应尽量满足外界负载的需要,负载感应技术就是一种典型的与外界负载功率要求匹配的功率自适应技术,具有显著的节能效果.为此,结合番茄收获机负载感应液压系统,阐述了分析系统的工作原理和节能特点,为国内研究农业机械液压系统提供借鉴.     

PWM变量喷施控制系统中电磁阀通径对喷雾压力的影响

PWM间歇喷雾式变量喷施过程中,电磁阀的快速启闭在管路中形成液压冲击,致使喷头的实际喷雾压力发生波动,导致其喷施流量和雾化特性发生畸变,降低了喷雾质量。为研究电磁阀通径对实际喷雾压力波动特性的影响,基于自主研制的脉宽调制间歇式喷雾变量喷施系统试验台,进行了测试试验。测试结果表明:系统压力与喷头流量一定时,随着电磁阀通径减小,压力波动均值减小,压力波动程度增大;在通径为DN15情况下,压力波动离散率≤0.002;在通径为DN10情况下,压力波动离散率≤0.01;在通径为DN6情况下,压力波动离散率呈较大幅度变化;且当系统压力发生阶跃时,电磁阀通径越小,喷雾压力波动振幅越大。     

液压挖掘机负流量负荷传感控制策略

针对目前液压挖掘机上常用的负流量控制系统的不足,提出了一种负流量负荷传感控制策略,并应用于一台试验型液压挖掘机器人上。控制策略的原理是在负流量控制的基础上,使旁路回油设定压力随外负载的变化而变化,在减小多路阀旁路回油节流损失的同时,提高了系统的操纵性。应用结果表明,效果良好。     

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。     

2D高频转阀液动力矩研究

2D高频转阀是利用阀芯双自由度运动而设计的一种转阀,阀芯高速旋转时,阀口油液流速的变化对阀芯会产生周期性的液动力矩,干扰阀芯的正常驱动,甚至影响2D高频转阀的正常工作。对不同结构阀芯的2D高频转阀阀腔流场进行了数值计算,研究阀芯结构变化对阀芯沟槽流体近壁平均压力、近壁平均流速和阀芯液动力矩的影响,研究结果表明3号和4号阀芯单元结构布局合理,且阀芯沟槽底面高度h越大,液动力矩变化越平稳,阀口流量越大。     

插装阀阀芯优化与仿真分析

插装阀在静止状态下，由于静摩擦的原因，导致阀芯与阀套出现卡滞现象；在运动状态下，由于压差和阀芯微偏移的原因造成阀芯与阀套发生磨损；为此提出一种新型的带有导流槽的插装阀阀芯。基于缝隙流动和液压卡紧分析，建立插装阀阀芯与阀套间隙的CFD优化仿真模型，通过N-S方程、伯努利方程和卡紧力方程联立得到阀芯与阀套间卡紧力的推导公式。基于CFD仿真模拟分析，比较新型阀芯与原阀芯不同模型间隙的切线应力、压力分布规律，结果表明：在入口压力为12 MPa时，原阀芯的切线应力在12 000 Pa上下波动，大于新型阀芯切线应力4 200 Pa；在入口压力为8 MPa时，原阀芯的切线应力在7 200 Pa上下波动，大于新型阀芯切线应力3 000 Pa；且原阀芯切线应力的波动范围远大于新型阀芯。新型阀芯在阀套间的受力更加平稳，磨损更小。研究结果为插装阀优化以及减少能量损失和改善润滑条件提供理论指导和依据。     

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。     

电液比例负载口独立控制系统压力流量控制策略

介绍了电液比例负载敏感负载口独立控制系统组成结构和工作原理,建立了该系统的数学仿真模型;针对执行元件的不同工况,分别设计了基于计算流量反馈的速度控制器和基于压力闭环控制的压力控制器,实现了系统的压力流量复合控制;仿真和实验结果表明,该控制系统有较高的速度控制精度和良好的节能效果。通过变参分析,研究负载口独立阀单元频响和阻尼及死区对系统控制性能的影响,为负载口独立阀单元的开发和应用提供理论指导。     

斜坡渐扩形节流槽对比例阀微动特性影响研究

针对现有U形节流槽的比例阀在小开口处，阀口过流面积变化梯度较为剧烈、流量增益较大，导致比例阀在小开口时会产生启动不平稳、响应速度较慢和流量控制精度较低的问题，提出一种节流槽形状为斜坡渐扩形的新阀芯。通过理论计算和模拟仿真的方法，对比分析了U形节流槽和斜坡渐扩形节流槽的过流面积变化梯度以及不同阀口开度下的位移特性、流量特性和阀口流动特性。由仿真结果可知，相较于U形节流槽，斜坡渐扩形节流槽在阀口开度为1mm时，阀芯位移响应时间缩短0.04s；在阀口开度为2mm时，阀芯位移响应时间缩短0.07s。且斜坡渐扩形节流槽在阀口开度较小时，稳态液动力更小，流动状态更稳定，造成的流动损耗也更小。最后进行了试验验证，由试验结果可知，斜坡渐扩形节流槽阀芯位移响应时间缩短0.08s，且阀芯流量响应特性曲线的线性度更好。通过对仿真和试验结果的对比分析可知，当节流槽形状为斜坡渐扩形时，阀芯在小开口处过流面积变化梯度较小，流量增益较为平稳，从而提高了阀的启动平稳性、响应速度和流量控制精度，改善了比例阀微动特性。     

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。     

流量稳定阀的动静态性能

为了研究一种补偿阀芯前置式流量稳定阀的静态和动态性能,计算了主阀腔平衡压力p1,发现在稳定阀其他节流参数不变的情况下其值可以看作是系统输入压力p0与负载压力p2的线性组合;并在此基础上得出了补偿阀芯位移率Δxpc/xpc与静态参数之间的物理模型.利用AMESim液压系统开发库HCD建立了流量稳定阀动态模型,分析了不同参数对其动态性能的影响,结果表明：增大p0可以提高负载运行效率,并使外部和内部反馈压力差增大,但同时会造成负载运行不稳定;增大负载质量M,内部和外部的反馈压力差会下降,但负载动态稳定性得到一定的改善.增大弹簧刚度K,负载动态变化过程开始时间会延迟,且负载运行趋向不稳定;K的变化会影响内部反馈压力差,但对外部反馈压力差的稳态值几乎无影响;补偿阀芯左侧圆柱面直径dt对负载动态性能的影响很小.