机载智能液压泵的建模与仿真

介绍了机载智能液压泵的结构、工作原理，对液压泵变量调节系统进行了数学建模和仿真。结果表明，斜盘位移响应的上升时间小于22ms，超调小于8％，静态精度小于0．7％，变量机构平衡弹簧的最佳预压缩力相当于伺服阈供油压力的1／2，液压泵排油压力对变量调节响应时间的最大影响为2ms，液压油体积弹性模量取值的变化对变量调节没有明显影响，但伺服阀的恒定供油压力必须保证。     

基于PLC及串联式调速阀在双联液压泵供油回路中的应用

针对现有的机床滑台双联液压泵供油回路不足,对双联液压泵供油回路进行了优化设计。介绍了现有二调速阀在双联液压泵供油回路中工作流程及不足,重点讲解了优化后的串联式调速阀在双联液压泵供油回路原理、组成、特点。最后,以机床滑台双联液压泵供油回路为例,通过PLC和串联式调速阀对滑台双联液压泵供油回路进行优化控制和实验,实验结果表明:PLC和串联式调速阀在双联液压泵回路系统中应用设计合理,能够达到独立调节和节省能源的目的。     

恒压式变量柱塞泵控制稳定性影响因素分析

恒压控制式变量柱塞泵在工作过程中,当压力达到设定值时,液压泵将工作在恒压状态下。通常情况下,其恒压工作稳定性由泵出口压力、阀调节弹簧、阀口遮盖量和变量活塞等多个元件参数决定,并且各参数之间相互关联、相互影响。该文通过AMESim仿真和实际试验相结合的方式,研究变量活塞间隙对液压泵恒压控制稳定性的影响。结果表明,不同的变量活塞的径向间隙会影响液压泵恒压工作稳定性。     

电液伺服变量机构及其应用

概述电液伺服变量机构是指采用电液伺服阀连续调节液压泵排量的双向闭环控制装置。随着电液伺服技术的不断发展,以及廉价伺服元件的出现,具有电液伺服变量机构的伺服泵的应用范围日益扩大,目前已经从航空飞行器深入到工程车辆、农业机械的所有工业领域。早在七十年代初,国外就有几家厂商开始研制控制变量泵的专用伺服阀,并先后生产     

Φ6mm通径2D数字伺服阀的实验研究

针对2D数字伺服阀静动态特性可能存在的不稳定问题,分析了2D数字伺服阀的结构、工作原理及抗污染能力。并在此基础上,设计并搭建了测试实验平台,在额定压力21MPa时,对5只额定流量为50L/min的通径6mm的2D数字伺服阀进行了静动态特性实验研究。研究结果表明:5只2D数字伺服阀滞环都小于5.7%,-3dB处幅频宽至少可达70Hz(25%额定流量),阶跃响应上升时间至少可达8.8ms;5只6mm通径2D数字伺服阀均具有较理想的静动态特性和良好的加工一致性,不存在静动态特性不稳定的问题。     

6 mm通径斜槽型2D数字伺服阀的实验研究

针对斜槽型2D数字伺服阀静动态特性可能存在的不稳定问题,分析了斜槽型2D数字伺服阀的结构、工作原理及抗污染能力;并在此基础上,设计并搭建了测试实验平台,在额定压力21 MPa时,对5只额定流量为50 L/min的通径6 mm的斜槽型2D数字伺服阀进行了静动态特性实验研究。研究结果表明:5只斜槽型2D数字伺服阀滞环都小于5.7%,-3 d B处幅频宽至少可达75 Hz(25%额定流量),阶跃响应上升时间至少可达9 ms;5只6 mm通径斜槽型2D数字伺服阀均具有较理想的静动态特性和良好的加工一致性,不存在静动态特性不稳定的问题。     

D8N型推土机液压系统故障分析

卡特D8N型推土机液压系统用于操纵推土机的转向以及推土铲和松土器的工作,其液压系统框图如图1所示。 该机的液压泵是斜盘式变量柱塞泵,具有负荷传感和压力补偿功能,可以根据负荷的大小自动调节泵的排量。主溢流阀控制着系统的最高工作压力。梭阀是一个双作用单向阀,可将高压信号油传送到泵的伺服阀上,使泵根据负荷的大小自动调节泵的排量。控制阀     

偏转板伺服阀压力特性研究

偏转板伺服阀已广泛应用于大型运输机、民用客机的各类舵机和操纵系统。建立了偏转板伺服阀射流接收器的接受面积、泄漏面积、控制腔压力以及负载压力的数学模型,得出了接收器接收孔的孔边间距、供油压力等因素对压力特性的影响规律,发现了当加工造成射流接收器的左右两个接收孔不对称时,偏转板伺服阀会发生"零偏"的现象,并提出了纠正该"零偏"的方法。     

自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略研究

针对球阀结构高速开关阀动态特性受供油压力影响大的问题,提出自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略,通过计算不同供油压力下的高速开关阀临界启闭电流,结合电流反馈机制,实现多个激励电压源之间的自动切换,最大程度上维持了高速开关阀在变供油压力下的动态特性.理论分析验证了供油压力对高速开关阀的动态特性有较大影响.仿真和试验都达到了控制策略的预期效果,结果表明,与单电压驱动方法相比,自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略在5～20 MPa的供油压力变化范围内,能有效减少高速开关阀总启闭时间56.9％～75.8％,扩大可控占空比范围45.9％～240.6％,提高最大工作频率161.0％～637.5％.在动态性能提升的同时,自适应供油压力变化的高速开关阀控制策略将启闭总时长的变化率控制在2.1％以内(变化范围0.2 ms),可控占空比范围的变化率稳定在2.1％以内,最大工作频率的差异系数保持在4.6％以内.     

电液伺服增压系统的压力冲击抑制方案及特性

传统伺服增压系统采用电磁换向阀控制增压缸双向运动,电磁换向阀阀芯位移阶跃变化,导致液压泵变量机构响应不及时而产生大的压力冲击,造成系统中部分元件的损坏并影响系统的正常工作。为此,提出一种液压泵压力主动调控与增压缸位置闭环控制的方法,在液压泵出口增设蓄能器,并使液压泵压力根据增压缸水腔压力实时变化,减小增压缸换向过程压力冲击。建立了所提伺服增压系统的仿真模型,分析伺服增压系统运行特性和所提方案减小压力冲击的效果。结果表明,与传统伺服增压系统相比,采用提出的解决方案,液压泵出口压力冲击由21 MPa减小为14 MPa;增压缸在系统启动过程中的油腔压力冲击由32 MPa降低为7.1 MPa,降低幅度为77.8%;高压运行过程中,油腔压力冲击降低4.5 MPa。同时,所提方案具有良好的节能效果,一个增压周期内,与传统增压系统相比,能耗降低了6.7%。     

一种变量泵斜盘电液伺服控制系统研究

针对航空动力系统变量柱塞泵斜盘角度控制,设计并实施了一种简化结构的节流式电液伺服控制系统。通过数字仿真简化系统模型,并为斜盘位置控制设计控制算法,在X型航空发动机特性半物理仿真试验系统上完成了功能试验。结果表明,结构简化的变量泵斜盘位置电液伺服控制系统工作有效、快速、稳定。     

D+A组合控制多泵源液压系统泵阀复合控制研究

针对传统大功率多泵液压阀控系统中由于泵源输出与负载流量需求不匹配,导致液压系统传动效率低下的问题,在数字泵PCM控制概念的基础上提出一种基于数字+模拟（D+A）组合控制多泵源液压系统。通过流量区域划分方法,给出该系统的构型原则,其中定量泵组排量比采用二进制编码,由1台变量泵补偿定量泵的阶跃流量差值;建立多泵源液压系统流量状态矩阵,通过求解得到泵组的控制信号;为了减少阶跃流量冲击对系统控制特性的影响,提出多泵源液压系统泵阀复合控制策略,并对该系统输出特性进行试验研究。试验结果表明在泵阀复合控制策略下,多泵源液压系统具有良好的动静态特性和节能效果。正弦位置跟随精度达到±0.1 mm,滞后约为100 ms;由于采用D+A组合流量控制和比例溢流阀压力控制,始终使多泵源液压系统输出的流量和压力分别高于负载所需要流量10 L/min和压力2 MPa,使该系统的溢流和节流损失大大降低。     

回撤吊车负载敏感液压系统设计及仿真分析

为解决负载匹配,以及缓解支架回撤吊车应用过程中存在的能耗高、效率低和系统温度高等问题,基于负载敏感变量泵对其液压系统进行设计及仿真分析。该液压系统主要由负载敏感变量泵、流量补偿阀、负载敏感阀、梭阀和液压缸等组成。在工作过程中,负载敏感变量泵通过梭阀及负载敏感阀感知系统负载力而向系统提供所需流量。基于AMESim对该液压系统和变量泵进行建模及仿真分析,得到液压缸压力、负载口流量变化和梭阀流量补偿以及变量泵压力、流量和斜盘倾角变化情况。结果表明：变量泵可根据负载所需压力和流量实时调整斜盘倾角大小,进而实现压力 流量补偿功能;负载压力和流量阶跃变化时,变量泵具有良好的动态补偿特性。     

基于转矩控制的定排量恒压电液动力源运行特性

通过协调电液动力源转速和排量可以提升其能效,也是目前电液动力源的研究热点,随着变频和伺服技术的发展,变转速电液动力源也越来越多地应用在工业生产和航空航天装备中。目前,电液动力源实现流量控制可以采用变排量控制,也可以采用变转速控制,这两种控制方式已非常成熟,应用也较多。但在压力控制中,还往往只能依赖液压泵变排量控制结合压力反馈实现压力控制机能,采用变转速控制压力时,难以适应负载流量随机快速变化工况。为此,提出采用高效率的伺服电动机直接驱动定量泵,进一步提出基于转矩控制和转速补偿的压力控制方案,在负载压力变化时,无需控制电动机转速,具有动态响应快、系统结构简单的优点。通过理论分析和试验研究,结果表明,采用设计的方案可以很好地实现压力控制,在相同条件下,与常规恒压变量泵相比,压力响应时间从160 ms降低到50 ms,响应速度远超国际同类恒压控制泵。     

轴向柱塞泵配流副油膜试验原理及控制特性

为研究油、水介质下轴向柱塞泵几类关键摩擦副的润滑特性,提出采用电液单元对润滑油膜进行主、被动控制的专用试验系统原理。论述该试验系统用油膜厚度反馈控制配流副密封间隙的模拟试验装置的原理与构成,将微缝隙流对电液控制系统的作用简化为弹簧中阻尼器负载,建立配流副对润滑油膜厚度的阀控缸物理模型并推导精密缸位移控制方程,分析影响润滑性能的主控参量及相互关系,仿真研究油膜厚度控制的动态特性。运用该试验系统进行了初步的平面配流副油膜试验。研究表明,油膜平衡的仿真与试验基本一致,供油压力、摩擦转矩等对润滑油膜的形成影响较大。伺服比例阀的反馈控制原理使系统的油膜厚度动态反馈性能趋于稳定,但在供油压力斜坡变化时油膜厚度平衡值在设定范围内有一定变化。     

伺服电机控制高压大流量双泵液压动力系统研究

由伺服电机和液压泵组成的新型泵控系统已经应用于液压机械设备中,为解决大型液压机对液压动力源高压大流量输出的要求,在传统伺服电机泵控系统中引入了高压主泵和低压副泵,并通过双泵切换来实现高压大流量输出。通过控制器与伺服电机控制电机输出转矩和转速,进而实现对输出压力和流量的控制。通过合流阀块实现对双泵合流与分流的控制,进而实现液压系统的大流量或高压力输出。以液压机一个工作循环为基础进行了性能试验,结果表明该液压动力系统满足压力、流量设计要求,响应速度快,控制精度高。     

有源先导级控制的电液比例流量阀特性研究

针对现有技术采用压差补偿器或插装式流量传感器控制流量,会降低阀的通流能力,增加系统的功率损失和发热;大流量场合只能通过阀开口面积间接控制流量,受负载变化影响控制精度低;低工作压力范围可控性差、动态响应慢;大通径采用三级结构,构造复杂等问题,提出用小功率伺服电动机驱动小排量液压泵/马达(有源)、结合液压晶体管(Valvistor),构造新的低能耗、高可控的电液比例流量阀。该方法可扩大阀的流量控制范围,提高阀在低压时的动态响应。建立阀的静态数学模型,分析获得影响阀负载流量特性最主要的因素是反馈节流槽预开口量大小;进一步建立阀的动态数学模型,获得主阀芯稳定条件。根据阀的结构组成,建立阀的仿真模型,仿真分析主阀各参数对主阀性能的影响。结果表明,反馈节流槽预开口量越小,主阀负载流量特性越好;主阀口压降越大,主阀芯响应越快;但由动态数学模型可知主阀口压降太大且先导流量较小时,阀的稳定性也会降低。研究也表明,在保证主阀良好的动态特性前提下,可通过使先导泵/马达转速随负载压力变化,实现对阀的流量补偿,从而改善阀的负载流量特性。     

快锻系统压力位移复合控制节能研究

针对锻造液压机普通电液比例阀控系统快锻工作过程中,系统定压输出、回程缸背压腔压力过大,系统传动效率低的问题,提出了一种基于压力位移复合的控制策略,在保证控制精度的前提下,同时进行了回程缸背压腔压力控制和泵口压力负载敏感控制。通过建立液压机压力位移复合控制的整体数学模型,对其节能机理进行了研究,并分析了影响其节能效果的两个重要因素--回程缸背压腔压力pb和泵口与工作腔压力差值Δp。实验结果表明,基于压力位移复合控制的液压机快锻系统加载时系统位置误差达到1.5mm,与传统的电液比例阀控系统相比,装机功率降低至传统电液比例阀控系统装机功率的52.3%,功耗也降低为普通比例阀控系统的49.2%。     

挖掘机电液流量匹配控制系统特性分析

电液流量匹配控制系统采用电比例阀和电比例泵同步控制的方式,基本消除传统负载敏感系统中存在的泵滞后阀控现象,同时由于该系统无须进行压力闭环反馈控制,不用预设泵出口与最高负载之间的压力裕度,因此系统的动态性能和节能水平有很大的提高。以2 t挖掘机试验样机为研究对象,试验对比分析负载敏感系统和电液流量匹配控制系统的动态特性及能耗特性,设计阀前压力补偿型电液流量匹配控制系统的抗流量饱和控制器。试验表明,与负载敏感系统相比,电液流量匹配控制系统不仅弥补了负载敏感系统流量饱和时不能按比例分配流量的不足,而且泵与最高负载之间的压力裕度降低0.6～0.7 MPa,节能8%～10%,在提高系统动态性和节能性的同时,稳定性也得到明显增强。     

Development of a novel two-dimensional(2D) three-way(3W) fuel flow control servo valve with constant pressure difference

To solve the problems of large volume, and low integration of traditional electro-hydraulic servo valve with constant pressure differential fuel metering device, a new two-dimensional three-way constant pressure differential fuel flow control servo valve (2D3WFFCSV) is developed. It innovatively adopts the advantages of lightweight of “two-dimensional hydraulic technology”, The constant differential pressure function and flow regulation function are integrated into a two-dimensional (2D) main spool with two degrees of freedom (rotational and axial degrees of freedom). The flow control process of 2D3WFFCSV is as follows: firstly, the armature of the torque motor and the two-dimensional piston are coaxially installed at the end of the two-dimensional piston, so the torque motor can directly drive the two-dimensional piston to rotate; secondly the “hydraulic servo screw mechanism”, which can amplify the power, is used to drive the two-dimensional piston to move in line; Finally, a pair of conversion mechanisms (roller group and spiral track conversion mechanism) are converted into the angular displacement of 2D main spool to control the area of flow valve port. The axial degree of freedom of 2D main spool realizes the function of constant differential pressure. To improve the flow control accuracy of the servo valve, the axial position of the 2D piston is detected by the linear displacement sensor (LVDT), and the signal is transmitted to the controller to realize the closed-loop control. To explore its open-loop characteristics, the mathematical models of torque motor, two-dimensional piston and main spool are established to obtain its open-loop transfer function. Then the AMESIM simulation model is built. To optimize the design of the system, through the dynamic simulation of the system, the influence of key parameters on the dynamic response of the system can be studied. An experimental study is carried out to verify the design feasibility of the servo valve. The experimental results show that under the condition of no-load and full-scale input, the closed-loop delay of the servo valve is 1.84%, the linearity is 2.14%, the step response time is 43 ms, and the dynamic frequency response is 38 Hz. The newly developed 2D3WFFCSV has the advantages of high integration, small size, light weight (801.5 g) and high response and control accuracy. It can replace the constant differential pressure, metering valve and hydraulic servo valve in the aeroengine fuel regulator.