基于AMESim的定压差吹除阀仿真

为进一步探究吹除阀的动态特性及各参数对吹除阀工作性能的影响,运用AMESim中的气动元件设计库对定压差吹除阀内部结构进行建模仿真,对其动态特性进行了系统的分析研究,并通过对吹除阀弹簧刚度、弹簧预压缩量、气源压力、舷外海水压力等参数的分析,获得各个参数对吹除阀工作性能的影响。仿真结果表明:定压差吹除阀的出口压力稳定,阀芯动态响应迅速;通过改变弹簧刚度和弹簧预压缩量,可以调节吹除阀压差控制范围;定压差吹除阀的压差大小会随气源压力和舷外海水压力的变化而有所波动,但波动幅度均在压差控制精度要求范围以内,并且降低舷外海水压力或提高气源压力,可以有效缩短吹除时间,提高工作效率。     

矩形通道内脉动流摩阻系数的二阶傅里叶拟合

矩形通道内脉动流,流量的正弦脉动会引起压力的脉动,在层流区压力与正弦规律吻合良好,而在紊流区、过渡区和跨区域的压力脉动与正弦规律偏差较大.为了能够较为精确地计算管内压降,对矩形通道内脉动流进行了试验研究.通过测量截面为40 mm×3 mm的矩形通道内不同周期、振幅、平均值的正弦脉动流体的流量、压差,对压差数据分别采用一阶、二阶傅里叶级数进行拟合,发现用二阶傅里叶级数拟合压差数据,能够很好地反映压差的变化规律,并发现雷诺数-摩阻系数曲线呈‘8’字形.通过对二阶傅里叶级数的压差拟合公式进行分析、推导、拟合,得到了瞬时及平均摩阻系数的计算公式,其计算值与实验值的误差较小.     

带平衡阀的挖掘机行走马达液压制动特性

为了改善挖掘机行走马达的液压制动特性,建立了平衡阀及马达的系统模型,分析了平衡阀和大流量单向阀的阀芯锥度、节流孔直径、阀芯质量、敏感腔体积以及弹簧刚度等参数对马达液压制动特性的影响。马达液压制动的理论和试验结果表明:节流孔直径和弹簧刚度是平衡阀最主要的影响参数,减小节流孔直径和弹簧刚度可延长马达的液压制动时间;马达的实际液压制动时间为0.8s,制动压力为1.2MPa,理论结果与试验结果相吻合。     

挖掘机电液流量匹配控制系统流量补偿试验

为改善挖掘机液压系统的操控性和节能性,采用电比例泵和电比例多路阀同步控制方式的电液流量匹配控制系统.以2 t挖掘机试验样机为研究对象,分析电液流量匹配控制系统的结构原理和特点;针对挖掘机轻重负载不同工况,测试系统的压力和流量特性,通过试验研究基于压力特性的开环流量补偿方法.利用实时检测的油缸速度间接实现流量闭环控制,试验分析动臂、铲斗单执行器动作和复合动作的速度控制特性,并对系统进行变负载、变速度工况测试.试验结果表明：采用流量补偿方法提高系统的流量控制精度;电液流量匹配控制系统与负载敏感系统相比,泵的压力裕度减小0.6～0.7 MPa,提高了系统的节能性和动态响应性.     

伺服阀主阀芯的建模与仿真

运用流场分析软件,对伺服阀主阀芯在阀口开口大小一定时的内部流场进行模拟仿真。仿真结果表明,阀口处压差是影响阀内部流场的主要因素之一。仿真所得阀口的速度场与压力场数据与伺服阀流量特性的理论计算结果一致,符合液体流动的规律。     

基于AMESim的压力补偿阀工作特性仿真分析

针对压力补偿阀冲击振动问题,本文分析了压力补偿阀的内部结构及工作原理,建立了压力补偿阀动态数学模型,通过AMESim软件建立压力补偿阀仿真模型进行仿真,利用变参数方法对比分析影响其工作特性的主要结构因素。仿真结果表明,在压力补偿阀的压力腔内增设弹簧,可减小油液对阀芯的冲击振动和由振动产生的噪音;而且在LS液压系统响应基本不变的情况下,适当增大节流口的直径,可以减小油液对阀芯的冲击。该研究为压力补偿阀阀体内部结构的改进提供了一定的理论依据。     

锥型节流阀流量特性

针对不同结构参数的锥型节流阀阀口,分别分析了三角形(45°,53°,60°)、U形、矩形节流槽的特征,推导了各自的过流面积计算公式,并依据节流阀流量压差特性试验,利用Matlab程序进行处理,获得了不同阀芯锥型节流阀的流量系数。研究表明:锥型节流阀的流量系数不仅与系统压力、阀口开度有关,还与节流槽的结构有直接的关系。锥型节流阀的流量系数随着压力的升高而增大;随着阀口开度的增大而减小。53°和60°三角形节流槽阀芯的流量系数稳定性要好于其他3种结构,45°三角形节流槽阀芯的流量系数最不稳定。     

气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应变小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应减小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

柔性变流器及其应用

基于雨幕墙压力传递的频域求解方法,推导当气屏有渗漏时雨幕墙压力传递频域特征参数的表达式,并结合气屏渗漏模型分析气屏渗漏对雨幕墙压力平衡的影响.计算结果表明,气屏从无渗漏到有渗漏,雨幕两侧压差的均值及低频脉动响应由平衡变为不平衡,但是脉动共振响应变小.气屏孔隙流量系数及气屏孔隙有效深度对压力平衡的影响很小,而气屏渗漏流量及气屏孔隙流动指数的影响较大.随着渗漏流量或流动指数增大,压差均值与低频脉动响应增大,而脉动共振响应减小.利用原非线性控制方程组的时域求解结果,验证了通过统计线性化得到的频域求解方法在此类雨幕墙压力传递求解上的适用性.     

New Dead-zone Compensation Approach for Proportional Flow Valve

新的比例流量阀死区补偿方法

吴强,吉星宇,王鹤,郝慧敏,黄家海

（太原理工大学 机械与运载工程学院,太原 030024）

创新点说明：

对于没有位移传感器的电液比例流量阀存在的死区问题,提出了基于阀口压差的死区补偿方法,并针对不同的压差工况,提出修正系数优化补偿方案。

中文说明：

针对无阀芯位移传感器的电液比例流量阀面临的死区问题,常规的死区补偿方法效果十分有限,为解决这一问题,提出一种新的死区补偿方法。首先对电液比例流量阀结构和死区模型进行了描述,提出了基于阀口压差的死区补偿方法;其次,利用Matlab/Simulink软件建立了死区补偿模型,对比分析了不同压差条件下死区补偿方法的有效性;最后,搭建了由补偿器、NI数据采集仪、电液比例流量阀等组成的试验台,对比分析了仿真和实验的补偿结果以及负载、温度等因素对死区的影响。研究结果表明,压差是影响死区范围的一个重要因素,死区范围随着压差的增大而减小,所提死区补偿方法可将无阀芯位移传感器比例流量阀的死区范围减小到3.5%;针对阀口压差变化所导致的补偿精度降低的问题,提出了补偿系数修正补偿曲线以达到期望效果,并有效避免了由压差引起的过补偿现象。此外,实验论证了温度对死区范围影响很小,补偿器在不同温度、负载条件下依然可以正常工作。因此可得如下结论：本文提出的基于阀口压差的死区补偿方案,在5Mpa和1Mpa工况下,可以将死区减小到3.5%,针对不同温度、负载工况下实际补偿效果的分析,验证了该补偿方法的有效性。但是,关于负载对于死区范围的影响,本文并没有做相关探索,在后续研究中将予以讨论。

关键词：比例流量阀、流量死区、死区补偿、压差

     

压力跟踪阀建模、仿真与试验研究

在应用减振技术的大型液压装备中常常需要实现弹性元件内压力对执行器内压力的跟踪,以保证弹性元件与执行器接通时系统的平稳.为了简易、安全并可靠的实现这一功能,设计了一种压力跟踪阀,建立相应的数学模型及AMESim仿真模型.对阀的反馈环节进行分析并考察阀芯作用面积、阀口开度和阻尼器阻尼对阀动、静态特性的影响.当阀芯直径为16mm、阻尼孔直径为1mm且为零开口阀时,压力跟踪阀具有较好的动、静态特性.搭建相关试验台进行试验验证,结果表明:压力跟踪阀可以较好地实现压力跟踪功能,压力跟踪误差可控制在0.1MPa左右且压力跟踪稳定.应用了压力跟踪阀的系统可以有效的实现弹性元件与执行器之间的平稳切换.     

液控换向阀内流场及动态特性的数值模拟

为获得阀口型式对液控换向阀内流场和动态响应的影响,利用CFD和Matlab Simulink数值模拟软 件对该阀进行了分析．阀内流场模拟采用两相混合流和标准k-8模型;滑阀动态响应研究是基于滑阀运动 的物理方程在Matlab Simulink平台上开展的．对3种阀口流场进行稳态和瞬态分析,得到流量系数、入流射 流角度和滑阀所受轴向力．分析结果表明：阀口开度越小、流量越大,轴向力和气穴产生的可能性都增大;滑 阀运动速度越大,开阀过程产生气穴可能性越大,闭阀过程相反;阀口开度为2 mm,流量在35 L/min以下不 产生气穴;液动力方向始终为开阀方向,常用公式计算结果与实际不符．动态特性研究表明：K或V型阀口的 滑阀响应较快,但系统工作速度主要由阀口流量系数决定,应限制滑阀位移以避免振荡．阀口型式对液控换 向阀内流场和动态特性均有显著的影响     

基于回油液阻的压力伺服阀啸叫分析

对压力伺服阀的啸叫问题进行仿真与试验分析,验证了滑阀级回油液阻增大会引起伺服阀啸叫. 基于机电系统分析软件AMESim建立压力伺服阀完整的仿真模型,对比分析仿真与试验的动静态特性曲线,验证仿真模型的正确性. 分析滑阀级不同的回油液阻对衔铁组件中弹簧管振荡幅值的影响;剖析产生自激振荡的条件和本质原因;探究伺服阀内部振荡的传递路径. 研究发现,伺服阀滑阀级回油液阻的变化,会引起力矩马达衔铁组件的自激振荡,通过合理优化滑阀阀芯回油间隙可以避免这部分伺服阀振荡啸叫;通过增大滑阀至喷嘴腔容积也可以切断振荡传递以消除伺服阀振荡啸叫.     

车辆用内控可调速的液压优先阀设计

常规的液压优先阀在工作负载流量突变时,阀的动态响应存在一定的滞后现象,阀芯开启和关闭的响应速度均较慢,受限于保证压力稳定性和开启的响应速度在设计范围内,固定阻尼孔的设计尺寸较小,使得工况切换时,阀芯关闭速度慢,流经阻尼孔的补充油液流量小,无法满足系统快速补油的需求。为解决上述问题,在液压优先阀的主阀阀芯内部设计并集成了一个速度调节微阀,该微阀利用不同油液流动方向下阻尼孔不同的原理调节主阀的启闭响应速度,实现阀芯的缓开快关,根据阀内动力学方程,利用仿真对设计的微阀进行建模和优化,确定了最佳匹配参数并初步证明了设计的有效性。实验结果表明:通过合理匹配阻尼孔过流面积,当转向或换挡回路急需大流量时,速度调节微阀能够加快主阀的关闭速度,及时将辅路油液补充到主路,集成微阀相比传统主阀芯采用固定阻尼孔时的关闭速度提升了1倍;当转向或换挡完成后,速度调节阀能够实现主阀的开启速度比关闭速度慢,抑制压力冲击。速度调节微阀的设计解决了优先阀切换时主阀芯关闭速度慢的问题,有助于辅泵快速向主泵补油,满足系统工况改变的大流量需求,提升了系统的响应速度。     

压电作动器驱动两级电液比例减压阀设计分析

针对以往采用压电作动器的减压阀必须采用压力传感器的不足,提出一种先导式比例减压阀.该阀采用压电作动器控制先导阀阀口开度,与先导供油器的固定节流孔形成分压作用,实现对先导压力的控制,进而控制主阀实现对主阀出口压力控制.对减压阀进行结构和原理分析,建立数学模型;用Simulink仿真分析结构参数对静动态特性的影响.采用调零弹簧将最低可控压力向下扩展到0;设计三台肩式阀芯结构,通过流场分析验证了该结构有效地减小液动力;根据仿真结果选择恰当的反馈阻尼孔尺寸,保证减压阀的动态特性.所设计的减压阀无须测量压力并闭环即可实现减压功能,具有良好的调压范围、调压精度,能实现快速稳定动态响应.     

2D数字压力阀

2D数字压力阀是采用阀芯的双运动自由度设计的导控型压力阀。该阀由阻尼管型的液压桥路和旋转自由度构成阀的导控级 ,控制着一个阀腔的压力 ,该压力与反馈到另一个阀腔的压力进行比较 ,所产生的不平衡力驱动阀芯线性运动从而改变阀口的大小 ,使的阀的出口压力与液压桥路的输出压力保持定值比例关系 ,并且不随阀口输出流量的变化而变化。阀芯的旋转运动由数字接口驱动 ,该数字接口由执行元件——步进电动机及数字阀控制器组成。控制器的核心部分为跟踪算法 ,该算法可以使步进电动机的输出角位移连续可控 ,这样可以同时保证阀的响应速度和控制精度     

异程布置的冷冻水系统管网水力特性计算方法

大型中央空调冷冻水系统管网水力特性精确计算是研究其优化设计和运行的必要条件,简化模型因计算误差大而无法应用于大型管网拓扑结构的水力计算。以异程布置的冷冻水系统为研究对象,在充分考虑末端支路温度调节阀调节特性的基础上,建立了管网水力特性精确数学模型,提出了虚拟流量的计算机逻辑算法。以10个AHU支路的异程式管网为仿真计算对象,计算该管网最小供回水压差以及不同供回水压差条件下的各支路温度调节阀开度和实际流量,计算结果符合异程式管网存在较大压力不平衡的固有特性。该计算方法能够确保计算收敛,实现了利用一个逻辑程序计算管网各种水力特性,为异程式管网水力特性研究提供了参考价值。     

压电陶瓷驱动精密流量阀的设计与建模

设计了一种精密流量阀,采用压电陶瓷驱动流量阀阀芯并控制其位移.在流量阀的减压出口处安装了金属橡胶,以消除流体通过节流口后压力剧烈变化所产生的纹波现象.设计了流量阀的结构,通过分析流经阀芯节流口以及金属橡胶的流体流量特性,基于节流阀芯的力平衡方程,建立了压电陶瓷驱动精密流量阀的电压 流量理论模型.在流量阀出口安装微压力/流量传感器并与控制器组成闭环控制系统,使得该流量阀具有自适应精密减压阀的功能.将减压阀与流量阀串联组合,可以实现对流体的精密减压与流量控制.多个相同的串联组合阀并联后具有数字比例调节阀的功能,在一定范围内可以实现对出口压力、流量的连续调节与控制.将该精密流量阀作为先导控制阀并与流量阀组合,成为具有高频响特性的精密大流量伺服阀.