压力脉冲试验伺服控制系统机理分析与仿真试验

为实现压力脉冲试验中标准压力波形的精确动态跟踪控制,满足高压力高频率持续冲击的要求,建立该试验的液压伺服系统与测控平台.将飞机用作动筒和伺服阀等被试液压件处理为封闭容腔,利用油液压缩性进行建压,采用LabVIEW图形化编程技术完成了液压系统的可视化动态伺服控制.在建立伺服阀、被试容腔和蓄能器数学模型的基础上,结合数字PID控制算法,完成AMESim环境下的仿真,对比分析不同容腔容积和冲击频率对系统性能的影响,得到不同条件下系统流量和阀口开度等参数的理论值,仿真结果表明伺服阀需要有额定200L/min以上的通流能力.实际试验系统以压力等级50MPa,通流能力230L/min的大流量伺服阀为直接控制对象,试验高压达到50 MPa,并可无级调整,压力冲击波形周期2 Hz、区间5~42 MPa,试验曲线落在标准阴影区以内,试验结果符合预期指标,并验证了仿真分析的可靠性.     

偏导射流式伺服阀前置级流场建模及特性分析

针对偏导射流式伺服阀前置级的复杂结构对其内部流场及特性的影响,本文提出了一种基于附壁射流理论的前置级流场模型,对油液在射流盘内的整个流动过程进行了完整的分析计算,得出了表征射流附壁特性的理论表达式,并基于实际的偏导射流伺服阀前置级结构尺寸,推导了前置级压力增益的理论计算公式。计算了前置级射流流场的附壁特性,并建立流场二维网格模型,对其附壁现象进行了数值模拟与分析对比;对影响前置级压力增益的因素进行了仿真验证;设计了压力增益测试试验,能够间接测得前置级的压力增益值。结果表明,理论计算、数值模拟及试验测试三者结论一致,证明了应用附壁射流理论对前置级流场进行建模的合理性,确定了影响此类伺服阀前置级压力增益的关键结构参数为:射流盘接收器入口间距、偏转板导流槽侧壁倾角以及偏转板距射流盘喷口侧的间距,为此类伺服阀的结构优化及性能改善提供了技术支撑。     

三级电液伺服阀零位高频自激振荡机理分析

通过对三级电液伺服阀的建模和仿真分析,揭示了三级电液伺服阀零位高频自激振荡现象的本质,即该现象是因小球由线性环节变化为磨损后的非线性环节并产生了极限环振荡而造成的。通过计算分析给出了极限环振荡的幅值、频率与小球磨损量之间的关系。     

动圉式伺服阀内部流场的数值模拟

以动圈式电液伺服阀为研究对象,采用流体仿真软件Fluent分析动圈式伺服阀前置级滑阀在运动过程中内部流场的分布特性,详细分析流体速度场,并将仿真值与理论值进行比较。结果表明,仿真结果比较客观、准确。     

滑阀先导式高压气动减压阀间隙泄漏特性研究

针对高压气动减压阀中滑阀式先导阀的缝隙泄漏,建立了考虑泄漏影响的数学模型,对减压阀工作条件和先导阀结构参数等影响因素进行了仿真.结果表明,降低减压阀输入压力、提高输出压力以及提高先导阀节流窗口宽度比等都能有效减少泄漏,仿真分析了泄漏对减压阀压力响应的影响,结果表明,泄漏能提高压力响应速度,但增大了压力超调且降低了压力稳定性,严重时还能导致振荡.仿真结果对于减压阀优化设计及其合理应用有较大参考价值.     

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。     

压电驱动式高频电液伺服阀实验研究

为了提高电液伺服阀的频率响应特性,采用响应速度快、输出力大、刚性好的积层式压电驱动器作为伺服阀的前置级电-机械转换器.采用杠杆放大的方式对压电驱动器的输出位移进行放大,保证足够的流量输出;采用直接驱动阀芯的方式增强了抗污染能力以及动态响应特性;功率级滑阀采用内置方式,用单个压电叠堆实现了滑阀的双向控制.试制了压电伺服阀的样机,并对样机进行了静、动态测试.得出该阀的频宽大于1.2 kHz,流量为5.7 L/m in,抗污染能力达到ISO 4406 18/15.     

杠杆放大型直动式压电伺服阀动态特性

提出一种基于杠杆放大原理的直动式压电伺服阀。该阀采用大行程的压电叠堆作为驱动元件,经杠杆放大后的位移直接驱动功率级滑阀。采用解析法建立了阀芯运动机构的动力学模型,并对其进行了仿真分析。试制了杠杆放大型直动式压电伺服阀样机,并对样机的动态特性进行了试验测试。结果表明,该阀正向阶跃响应时间为0.54 ms,负向阶跃响应时间为1.08 ms,频宽约为1 kHz。新型伺服阀可以应用于振动试验台、疲劳试验台及需要快速反应的流体控制系统中,可提高系统的快速响应特性。     

带U形节流槽的滑阀稳态液动力研究

摘要: 传统液动力理论计算公式难以准确预测带U形节流槽滑阀的稳态液动力,针对该问题以多路阀为测试对象,搭建高精度液动力测试平台,试验获得不同流动方向下的稳态液动力和阀口压力、流量特性,并用计算流体力学（CFD）对阀内流场进行了仿真.试验和仿真数据表明,带U形节流槽的滑阀的稳态液动力在单向流出流入和在双向进出油情况下均会出现负值,即使阀口趋于打开;三位六通阀双向进出油稳态液动力值与单向流出流入稳态液动力耦合值基本一致;仿真所得稳态液动力值和压差值与试验值吻合良好.     

大流量插装式伺服阀数学模型及试验验证

针对插装式伺服阀在高速大流量电液伺服系统中表现出的非线性特征，以及在理论分析时不能对其进行线性化处理等问题，对该阀内部构成机理进行了分析.将其先导级数学模型简化为一个线性二阶环节并对其输入输出变量进行限幅，对其主阀芯进行动力学分析.在此基础上建立了插装式伺服阀简单实用的非线性数学模型.在试验平台上验证了该模型的正确性.试验结果表明，该阀的阶跃响应存在较大的纯滞后，且阶跃响应时间随阶跃幅值的增加而增加.基于该数学模型的仿真结果与试验结果的对比表明，该模型能够较为准确地描述此类伺服阀的动静态特征，可应用于高速大流量电液伺服系统的理论分析.     

Dynamic Characteristics of the Jet Force on the Flapper of the Pilot Stage in a Flapper Nozzle Servo Valve Under the Flow-Solid Interaction

Nowadays, more and more attention has been paid to improve the performance of the nozzle flapper servo valve. As a core part of nozzle flapper servo valve, the armature assembly is affected by electromagnetic force, jet force and feedback force at the same time. Due to the complex structure of the pilot stage flow field and the high jet pressure, the prediction of the jet force has always been difficult in modeling the transient motion of the servo valve. Whereupon, a numerical simulation method based on the flow-solid interaction(FSI) is applied to observe the variation of the jet force when the flapper is moving. Different parameters are employed to seek a suitable numerical simulation model which can balance the accuracy and computational cost. By comparing with the experiment results, the effectiveness of numerical simulation method in predicting the variation of the jet force and cavitation is verified. By this numerical simulation model, the distribution of flow field and the force on the flapper predicted by the moving and fixed flapper are compared. The results show that more dynamic details are achieved by the transient simulation. By analyzing the numerical simulation results of different inlet pressures and flapper vibration frequencies, the relationship between the movement of the flapper, the flow field distribution, the jet force and the inlet pressure is established, which provides a theoretical basis for the subsequent modeling of the armature assembly.     

小球式旋转直驱压力伺服阀卡滞机理研究

针对小球式旋转直驱压力伺服阀（BRDDPSV）静态测试卡滞问题,建立阀芯运动全局函数,包括基于缝隙流理论建立倾斜阀芯径向力模型,基于Coulomb摩擦理论建立阀肩触壁静摩擦-滑动摩擦模型. 理论解析曲线合理复现了静态测试卡滞问题：偏心驱动下阀芯逆时针旋转倾斜,右侧阀肩触壁,初始静摩擦导致阀芯卡滞,逐渐提升的电流水平克服摩擦形成阀芯运动超调. 为了保证电流指令与控制压力的近似比例特性,阀芯回拉复位,形成重复的正向驱动阀芯卡滞. 基于阀肩不触壁原则,获得阀芯是否卡滞阈值条件. 研究结果表明：增大阀芯与阀套初始半径间隙或减小小球偏离阀芯轴线的初始偏心量,均可以提高阀芯不卡滞的输出压力阈值;对于21 MPa系统压力及0~8 MPa输出压力的实际需求,在不改变其他参数的情况下,将初始半径间隙和初始偏心距分别调整为5.1 μm和0.2 mm,可以在维持原有性能的基础上获得阀芯运动全局不卡滞的最优解.     

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.     

压差反馈式液压冲击器的换向阀仿真

借鉴先导式顺序阀的工作原理,设计了一种压差反馈式液压冲击器的先导式换向阀.利用Matlab/Simulink软件,建立了该换向阀的仿真模型,并通过仿真研究,得到该换向阀前腔、后腔、先导阀腔的压力曲线和主阀芯、先导阀芯的运动规律.仿真结果显示,该换向阀基本能按照先导式顺序阀的工作方式工作,满足设计要求.     

动态流量平衡阀结构优化与验证

针对动态流量平衡阀流量控制精度较低问题,依据孔板流量和同心环状缝隙流方程,初步设计阀芯开孔型线,提出压差补偿系数因子修正法对现有的型线公式进行了优化修正,基于大涡模拟(LES)湍流模型,数值模拟研究了优化前后动态流量平衡阀的流量控制精度和流量精度误差,对比分析阀芯开孔型线对阀内压力脉动强度的影响规律,并搭建流量测试试验台对所提优化方法进行验证。结果表明,压差补偿因子修正法优化阀芯开孔型线能有效降低阀芯端面压力脉动强度,提高动态流量平衡阀流量控制精度至3.7%,流场模拟计算和实验结果趋势上基本吻合。     

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.     

新型气动比例压力阀的建模研究与特性分析

为满足电-气比例/伺服系统的应用需要,设计一种由比例电磁铁、活塞式阀芯及两位三通的阀体构成的直动式气动比例压力阀,并建立该比例阀的非线性数学模型.对于比例电磁铁,采用集总参数模型来描述电磁特性,模型参数由FEM分析得到.结合机械及气路的物理特性,分别对上、下阀芯的运动特性、阀体内的气体流动及热力学过程进行建模分析,保证了上、下阀芯的运动独立性.通过仿真对下阀芯的黏性摩擦系数、反馈通道的直径以及气源压力等影响比例压力阀的压力响应特性的因素进行分析,并设计一种比例压力阀的性能测试系统以验证模型的正确性.仿真与实验结果呈现良好的一致性,模型能够预测不同阶跃输入信号下该比例阀的压力响应过程.