基于高压储能的特种车辆快速起竖技术与验证

围绕特种车辆重负载下的快速起竖需求,针对气液混合驱动方法较难达到15s内起竖的问题,开展了对传统气液驱动方式与起竖结构的优化研究。采用高压蓄能器驱动三级缸起竖的方案,结合实际需求优化三铰点起竖结构与缓冲装置,利用AMESim软件对快速起竖方案进行了仿真验证,并搭建实验样机进行快速起竖实验验证。实验结果表明：该方案通过高压蓄能器驱动起竖机构,通过迅速释放装置中储存的高压气体来推动蓄能器中的活塞,使液压油快速流入液压缸中,并通过节流的方式进行换级与末段缓冲,可实现大负载下12.7 s起竖至95.3°,再耗时1.8 s达到振幅小于1°,起竖角度稳定在95°,快速起竖过程共用时14.5 s,相比传统液压泵驱动起竖提高71.5%。由于实验样机车身跨距较大,受多级缸换级冲击影响,由实验样机弹性形变导致换级时振幅变大,所以还需对实验样机缓冲结构进一步优化,以保证起竖过程的平稳性。     

大型装置起竖系统智能积分控制仿真研究

构建了基于软件接口的大型装置起竖系统速度控制仿真框架，分别利用ProlE和ADAMS软件建立起竖机械系统多体动力学模型，利用AMESim软件建立起竖液压系统的模型，利用Simulink建立多级液压缸模型，利用S函数编制控制算法，并通过软件接口实现了多领域系统仿真模型的有机集成。针对起竖系统在起动、换级过程存在冲击的特点，利用正弦加速度函数对起竖速度进行规划，提出将仿人智能积分控制策略应用于起竖角速度跟踪控制中，仿真结果表明了该方法的正确性和有效性。     

多级液压缸建模及级间缓冲研究

大型起竖装置普遍采用多级液压缸驱动,在缸体初始长度相同的情况下,多级缸较单级缸行程更长,但是其结构也更复杂。为得到多级缸的特性,基于容腔节点法建立了多级缸的运动模型,考虑润滑油膜的信息改进了LuGre摩擦力模型,采用迟滞因子的等效阻尼模型改进了接触力模型,完成了多级缸驱动起竖过程的仿真。多级缸换级时作用面积突变,导致压力和速度突变,产生过大的冲击,为减小换级冲击,在缸筒上布置多个缓冲小孔。仿真结果表明：采用缓冲结构后,换级时缸筒同步运动,将压力突变转化为缓变,提前将压力增大至下一级缸筒工作压力,大幅度减小了换级时的速度和加速度波动。     

基于负载敏感回路的起竖液压系统仿真

介绍负载敏感技术在发射车起竖液压系统中的应用,通过AMESim搭建负载敏感泵、平衡阀、多路阀以及多级液压缸等核心元件的仿真模型并进行系统仿真,提出采用多联多路阀控制多级液压缸的匹配组合方式,以适应起竖及回收过程中多级液压缸的面积比变化,解决了大面积比回收时回油路过度节流、系统憋压的问题.     

气体与液体混合驱动导弹快速起竖系统研究

为提高导弹起竖速度,提出气体与液体混合驱动起竖方式,建立了高压气瓶、活塞式蓄能器、2级液压缸、气体节流阀、液体节流阀的数学模型,完成了蓄能器驱动和高压气瓶驱动起竖的仿真研究以及气体与液体混合驱动快速起竖实验。研究结果表明：两种气体与液体混合驱动方案均可实现30 s内完成起竖;蓄能器驱动方案的控制方式简单,但蓄能器内压力较高,其体积和质量较大,过多能量消耗在加热液体上,适合轻载系统;高压气瓶驱动方案分别控制气体和液体,提出了复合控制方式,起竖前段对气体进行节流降低压力,能量损失较小,起竖后段对液体进行节流,完成负载的制动;实验结果与仿真结果的偏差满足要求,位移偏差在18 mm内,压力偏差在负载起动、制动和多级缸换级时较大,应采取缓冲措施以保证平稳快速起竖。     

导弹起竖过程中的振动分析

导弹起竖过程中，因升降速度的变化和起竖油缸换级而引起振动。利用能量守恒原理，可方便地建立系统的动力分析方程，求出液压冲击值和动力过载系数，评定是否满足设计要求。用试验验证了计算方法的正确性。     

导弹垂直起竖机构功率匹配性能研究

对导弹陆基机动发射装置中的传统垂直起竖机构进行了介绍,对其存在的功率匹配和换级冲击等问题进行了分析。针对传统垂直起竖机构的不足进行了改进设计,给出了一种起竖机构优化设计方法,在底盘车、发射架和起竖油缸之间增加了连杆传动机构,通过连杆传动机构提高了起竖油缸等效力臂与起竖载荷的匹配性,减小了起竖油缸的行程,实现了功率优化匹配和平稳起竖,并对传统起竖机构与优化起竖机构的性能指标进行了对比分析。     

基于AMESim和ADAMS联合仿真的发射平台起竖控制方法研究

建立发射平台起竖系统机械动力学ADAMS模型,液压AMESim模型,控制系统MATLAB/Simulink模型,实现发射平台起竖系统的多平台联合仿真,在此基础上对起竖过程控制方法进行分析研究,得到多级油缸基于角速度闭环控制方法的起竖控制模型。     

液压弹射机构动力系统研究

为实现液压弹射,提出一种液压动力系统技术方案,主要由高速液压缸、活塞式蓄能器、主阀和伺服阀组成。设计了新型液压缸缓冲结构,以避免液压缸活塞运动行程末端产生强烈的撞击与振动。论述了系统工作原理和设计方法,建立了系统的数学模型,采用数字仿真的方法对弹射和缓冲过程的特性进行了理论研究,并与实验数据对比且基本吻合,结果表明:动力系统能够在 70 ms 时间内使液压缸活塞运动速度达到7 m/ s,在12 mm 液压缸活塞缓冲行程内达到95%的缓冲效率。     

基于可视化方法的多级缸起竖系统运动可靠性仿真

对复杂液压系统的运动可靠性分析还没有形成一个成熟的理论体系。文章以某大型多级缸起竖系统为例，提出一种采用可视化仿真技术来分析系统运动可靠性的新方法。以统一的油缸负载函数为起点，一方面从系统受力分析入手，推导发射筒的起竖角度函数；另一方面从系统几何学建模入手，推导出液压油缸的起竖角度和展长函数。以这两个函数分别驱动发射筒和液压油缸的运动，在此基础上进行了可视化建模和仿真。仿真结果证明此方法能够从视觉尺度和数学尺度两方面来验证系统的运动可靠性。     

动态面滑模控制在大型液压起竖系统中的应用研究

针对大型液压起竖系统中的非对称液压缸建模问题,对系统负载流量和负载压力进行了重新定义,推导建立了起竖系统的非线性模型。为克服系统非线性和不确定性对起竖过程控制的影响,引入滑模控制和动态面控制,提出采用一种基于动态面滑模的控制策略,并给出了控制律。仿真结果表明,与PID控制、一般滑模控制相比,该控制方法有较强的抗干扰能力和良好的跟踪性能,提高了起竖过程的鲁棒性和稳定性。     

大型发射装置液压起竖系统的滑模控制研究

针对大型发射装置液压起竖系统这类高阶非线性系统的控制问题,提出了一种自适应多面滑模控制方法。基于液压起竖系统的非线性模型,采用逐步递推的方法给出系统的多面滑模控制器。根据Lyapunov稳定性理论,将自适应律引入多面滑模控制器,实现对系统不确定参数和起竖过程中环境干扰的在线估计,提高系统的鲁棒性。试验结果表明,与普通的滑模控制比较,该控制方法有效地克服了系统自身参数的不确定性和外界干扰的影响,提高了起竖角度的跟踪控制精度。     

基于碰撞的全行程液压起竖油缸振动性能研究

针对液压起竖油缸在全行程位置处的动力学特性,采用“自由运动-接触变形”模型模拟液压缸的碰撞过程,建立了全行程起竖油缸的运动微分方程,研究了全行程起竖油缸在有无碰撞间隙条件下的振动性能。数值仿真结果表明,由于活塞杆与缸体的碰撞,活塞杆在缸内的振动过程较为复杂。液压油缸系统在振动频率较低时表现为分段线性特征,但在振动频率稍高时表现为非线性;活塞杆与缸体之间的间隙增加了活塞杆的行程,显著减小了活塞杆低频范围内的位移和加速度幅值,减小了活塞杆加速度的高频共振峰值,降低了活塞杆与油缸碰撞力的频率和幅值。研究结果为大型起竖系统的结构设计和控制设计提供了理论基础和分析方法。     

导弹液压起竖系统流量压力复合控制策略研究

导弹起竖系统的负载是时变的且存在超越负载，而采用位置闭环或开环控制方法时控制精度低，且在负载起动、制动过程中易产生较大的液压冲击。针对这一问题，提出负载口独立控制起竖过程的方法，液压缸的进口与出口分别由两个独立调节的节流阀控制，进口节流阀用来控制进油侧的流量，出口节流阀用来控制出油侧的压力，分别设计了基于计算流量反馈的流量控制器和基于压力闭环控制的压力控制器，实现了流量压力复合控制。完成了控制策略的起竖试验验证，通过与位移闭环控制效果对比得出结论：基于负载口独立的流量压力复合控制策略减小了起竖过程的压力冲击，提高了系统控制精度。     

多级活塞缸式发射装置结构安全性分析

多级活塞缸式发射装置作为新型冷发射方式之一,具有兼容不同弹径、免装填等优点。为研究多级活塞缸式发射装置的结构安全性,通过理论分析、数值仿真等方法对多级活塞缸式发射装置的运动过程进行了梳理,分析了多级活塞缸式发射装置中缓冲材料的吸能需求,并揭示了结构质量特性偏差、装配姿态偏差、燃气动力偏差、缓冲材料特性偏差等因素对导弹离台姿态的影响规律。多级活塞缸式发射装置的运动规律由各级缸筒的几何参数和被推动导弹的质量参数决定,对缓冲吸能的需求较高,多模块的多级活塞缸式发射装置中导弹的离台姿态更加稳定。研究结果可为多级活塞缸式发射装置安全性设计提供理论支撑,为多级活塞缸式发射武器系统提供指标分解依据。     

多级气动液压弹射装置建模及性能研究

分析气动液压弹射方式的两种弹射装置类型,研究一种以压缩空气为动力源、油液为传动介质,且具备油液自缓冲结构的多级气动液压弹射装置的弹射性能。针对弹射过程中气腔气体复杂多变过程、封闭油腔油液流动非线性、多级缸运动关系的不确定性及油液缓冲结构,结合真实气体热力学效应,推导封闭油腔油液的压力动态变化模型及多级缸动力学非线性模型,建立描述多级气动液压弹射过程的数学模型;通过数值求解方法,分析该多级气动液压弹射缸的运动规律及弹射性能。研究结果表明：该多级气动液压弹射缸建压过程迅速,并能在0.2 s内以2.4 m有效弹射行程,将重1.5 t负载加速至19 m/s,弹射最大过载不超过16 g,且相邻两级缸的相对速度不超过15 m/s. 分析气动液压弹射方式的两种弹射装置类型,研究一种以压缩空气为动力源、油液为传动介质,且具备油液自缓冲结构的多级气动液压弹射装置的弹射性能。针对弹射过程中气腔气体复杂多变过程、封闭油腔油液流动非线性、多级缸运动关系的不确定性及油液缓冲结构,结合真实气体热力学效应,推导封闭油腔油液的压力动态变化模型及多级缸动力学非线性模型,建立描述多级气动液压弹射过程的数学模型;通过数值求解方法,分析该多级气动液压弹射缸的运动规律及弹射性能。研究结果表明：该多级气动液压弹射缸建压过程迅速,并能在0.2 s内以2.4 m有效弹射行程,将重1.5 t负载加速至19 m/s,弹射最大过载不超过16 g,且相邻两级缸的相对速度不超过15 m/s.