EXPERIMENTAL STUDY OF EFFECTS OF OPERATING CONDITIONS ON THE FLOW CHARACTERISTICS OF WATER HYDRAULIC THROTTLE

Experimental investigations are made on the effects of operating conditions on the flow characteristics of throttle when tap water is used as the working media. The researched throttles include cone poppet valve, ball valve, disc valve and dumping orifice. Operating condition includes poppet lift, working media, back pressure, medium temperature, etc. Because the vapourous pressure of water is much higher than that of oil, cavitation is easier to occur in water hydraulic elements and systems, so the effects of operating conditions on the cavitation characteristics of throttle are also researched.     

影响锥阀阀芯轴向振动的关键因素

锥阀由于结构简单、密封性好、响应快,在液压系统中被广泛采用。而锥阀在使用过程中易产生振动、噪声与空化等现象,影响了液压系统的调压稳定性和工作可靠性。锥阀从本质上来看是由阀芯-弹簧构成的弹簧质量振动系统,在流场扰动因素的作用下极易产生振动,从而引起压力调节阀的调定压力产生波动。运用流固耦合的方法分析了不同阀芯结构对锥阀轴向振动的影响,发现在阀芯轴向振动过程中阀口逆压力梯度区的压力波动幅值和相位会产生剧烈变化,对阀芯轴向振动幅值产生较大影响。     

水压锥阀流场的CFD计算与分析

建立了水压锥阀的几何模型和数学模型,利用Fluent软件对其内部运动流场进行了CFD解析,解析结果以可视的速度场和压力场分布给出,并对计算结果进行了分析。由分析结果可知：随着锥阀开度的增大,入口速度逐渐增大,流量相应增加。出口压力不变,随着入口压力变大,阀腔负压增大,增大出口压力有助于减小负压．消除气蚀和不稳定。     

基于压力分布模式的液压阀空化噪声评价

比较Oshima和Ichikawa由液压锥阀实验所得空化噪声变化和阀座上的压力分布曲线,提出基于压力分布模式评价液压锥阀空化噪声的方法。对实验所用液压锥阀进行CFD解析,得到阀座上的压力分布曲线,与实验所得噪声曲线相比较,找到评价节流口噪声的3种压力分布模式。对带V形节流口的液压滑阀流入和流出两种流动状态进行CFD解析,验证了压力分布模式评价方法在滑阀空化噪声评价中的可行性。     

水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性,对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真.结果表明,直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化,在阀口下游有漩涡空化;此外,倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化.倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速,对于0.6 mm开口度...     

低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究

锥阀是压力控制阀中常用的阀结构形式,其阀芯的轴向振荡直接影响着压力控制阀的调压精度和工作稳定性。针对先导级锥阀,运用可视化的试验方法,研究锥阀在弹簧预压缩量不变且开启压力低于2.5 MPa时的阀芯振荡过程和阀口空化现象。结果表明,阀芯的振荡型态与流量密切相关。在流量低于2.0 L/min的失稳振荡现象中,阀芯会撞击阀座,阀口处流场瞬间断流,大量气泡在阀口尾部快速溃灭,并出现明显的回弹现象;在流量高于2.6 L/min的失稳振荡现象中,阀芯不会撞击阀座,阀口处出现有空化和无空化两种情况,且有空化失稳振荡时的阀芯振动和压力波动幅值明显大于无空化时;流量介于2.0~2.6 L/min时,阀芯的失稳振荡处于过渡区间,撞击阀座和不撞击阀座的现象都可能出现。     

2D伺服阀矩形和弓形先导级气穴特性及影响因素

二维(2D)伺服阀因其阀芯集旋转和平移运动于一体,且具有先导控制和功率放大的特性,被广泛应用于航空、军工等领域的液压系统中。由于伺服阀先导级的节流口面积非常小,流体流经此处后会因压力骤降而产生气穴现象,将直接影响伺服阀的工作特性。利用Fluent软件,在不同的阀口开度、敏感腔体积、入口压力下,对矩形和弓形2D伺服阀的先导级阀口和流道进行了两相流仿真。结果表明:矩形和弓形先导级阀口均存在一个最佳开度,对气穴现象的抑制能力最强;矩形先导级结构内的气穴现象,受敏感腔体积变化的影响较明显;入口压力越大,敏感腔体积越大,气穴现象越显著,先导级内气体含量越多。     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

基于深度强化学习的混合动力汽车智能跟车控制与能量管理策略研究

以研究智能混合动力汽车控制技术与深度强化学习算法为目标,首先,在两辆混合动力汽车的跟驰环境中,针对领航车提出一种基于深度值网络算法的能量管理策略,实现深度强化学习对发动机与机械式无级变速器的多目标协同控制;其次,针对跟随车建立基于深度强化学习的分层控制模型,实现面向智能混合动力汽车的上层跟车控制与下层能量管理;最后,仿真验证分层控制模型的有效性。结果表明,基于深度强化学习的跟车控制策略具有理想的跟踪性能;同时,基于深度强化学习的能量管理策略在领航车与跟随车中均实现了较好的燃油经济性;此外,基于深度强化学习的能量管理策略输出每组控制动作的平均时间为1.66 ms,保证了实时应用的潜力。     

π桥电液比例溢流阀负载特性

设计一种以G型π桥液阻网络为先导控制回路的新型电液比例溢流阀,分析该阀的工作原理,确定该阀的结构及设计参数。建立由π桥电液比例溢流阀液阻的流量压力方程和阀芯力平衡方程构成的稳态特性方程组,通过对稳态特性方程组的线性化处理,得到表述π桥电液比例溢流阀稳态流量压力特性的解析表达式,并由此推导出该阀在理论上实现调压偏差为零的参数表达式,为该阀的参数设计提供正确的计算方法。用数值计算方法计算液阻参数不同时的π桥电液比例溢流阀负载特性。研制π桥电液比例溢流阀样机,完成该样机在不同液阻参数条件下的稳态特性试验。试验与理论研究结果表明,π桥电液比例溢流阀具有比传统电液比例溢流阀更好的负载 特性。     

高速开关阀高频脉宽调制控制有效占空比工作范围的拓宽

高速开关阀在高频脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)控制下阀芯可悬浮在某一开度,调节占空比即可改变阀口开度,实现对流量和压力的线性控制,因此在车辆控制系统得到广泛应用。但我国自主开发的高速开关阀PWM控制的有效占空比工作范围小,阀芯较易全开或全闭,为提高阀的可控性和控制精度,需要研究拓宽占空比的工作范围。基于汽车电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)的高速开关阀,深入分析阀芯液动力的影响因素,应用AMESim、Matlab软件建立ESP液压系统的联合仿真模型,并经过试验验证,通过仿真得出阀座锥角、入口孔径对阀芯位移的影响,提出拓宽PWM控制占空比有效工作范围的关键参数,为高速开关阀的设计开发提供参考依据。     

液压锥阀内部流场的三维仿真计算及可视化分析

计算机技术的不断发展和各种计算流体动力学(CFD)计算方法的广泛应用,为深入了解液压阀内部流体的流动状态提供了方便。运用CFD通用软件F luent,以实际液压锥阀为模型,对阀芯在不同开口度、不同半锥角以及不同流量下的流动特性进行了三维仿真计算,并对可视化图形进行了分析。对锥阀的流量系数及阀芯上的压强分布和液动力的计算表明仿真结果与理论计算结果基本一致,为锥阀的优化设计提供了理论依据。     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

基于计算流体动力学解析的液压锥阀噪声评价

结合试验结果和计算流体动力学的解析结果，研究液压锥阀的噪声评价方法。对Oshima和Ichikawa试验所用的液压锥阀进行计算流体动力学解析，得到流入和流出两种工况下，对应不同的锥面夹角时阀座上的压力分布和速度分布。
对压力和速度进行积分加权分析，结合前人试验所得液压锥阀噪声特性，找到一种基于压力分布和漩涡脱离回流的液压锥阀噪声特性评价方法。应用该方法对实际液压锥阀进行噪声评价，评价结果与试验结果一致，证明了该方法的可行性。     

Water-Assisted Injection Molding System Based on Water Hydraulic Proportional Control Technique

Water-assisted injection molding(WAIM), an innovative process to mold plastic parts with hollow sections, is characterized with intermittent, periodic process and large pressure and flow rate variation. Energy savings and injection pressure control can not be attained based on conventional valve control system. Moreover, the injection water can not be supplied directly by water hydraulic proportional control system. Poor efficiency and control performance are presented by current trial systems, which pressurize injection water by compressed air. In this paper, a novel water hydraulic system is developed applying an accumulator for energy saving. And a new differential pressure control method is proposed by using pressure cylinder and water hydraulic proportional pressure relief valve for back pressure control. Aiming at design of linear controller for injection water pressure regulation, a linear load model is approximately built through computational fluid dynamics(CFD) simulation on two-phase flow cavity filling process with variable temperature and viscosity, and a linear model of pressure control system is built with the load model and linearization of water hydraulic components. According to the simulation, model based feedback is brought forward to compensate the pressure decrease during accumulator discharge and eliminate the derivative element of the system. Meanwhile, the steady-state error can be reduced and the capacity of resisting disturbance can be enhanced, by closed-loop control of load pressure with integral compensation. Through the developed experimental system in the State Key Lab of Fluid Power Transmission and Control, Zhejiang University, China, the static characteristic of the water hydraulic proportional relief valve was tested and output pressure control of the system in Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS) parts molding experiments was also studied. The experiment results show that the dead band and hysteresis of the water hydraulic proportional pressure relief valve are large, but the control precision and linearity can be improved with feed-forward compensation. With the experimental results of injection water pressure control, the applicability of this WAIM system and the effect of its linear controller are verified. The novel proposed process of WAIM pressure control and study on characteristics of control system contribute to the application of water hydraulic proportional control and WAIM technology.     

广义脉码调制液压伺服控制的研究

提出了广义脉码调制液压伺服控制,研究了用开关阀代替比例阀或伺服阀实现液压伺服控制的理论和方法。分析了开关阀控非对称液压缸伺服系统的动静态特性。为减少力负载对液压位置伺服控制精度的影响,设计了负载观测器;利用观测出来的等效负载进行反馈控制,抑制力负载干扰的影响,提高液压位置伺服控制的精度。     

Pressure control of hydraulic servo system using proportional control valve

The purpose of this study is to develope a control scheme for the hydraulic servo system which can rapidly control the pressure in a hydraulic cylinder with very short stroke. Compared with the negligible stroke of the cylinder in the system, the flow gain of the proportional pressure control valve constituting the hydraulic servo system is relatively large and the time delay on the response of the valve is quite long. Therefore, the pressure control system, in this study tends to get unstable during operations. Considering the above mentioned characteristics of the system, a two-degree-of-freedom control scheme, composed of the I-PDD²… feedback compensator and the feedforward controller, is proposed. The reference model scheme is used in deciding the parameters of the controllers. The validity of the proposed control scheme is confirmed through the experiments.     

2D伺服阀矩形先导控制阀口气穴特性研究

为研究双自由度（2D）伺服阀先导控制阀口处气穴现象的影响因素及对阀芯稳定性的影响,运用Fluent软件中cavitation模型对2D伺服阀矩形先导阀口进行了气穴特性的仿真研究。研究表明,在出口压力低于1 MPa时,阀口处会出现气穴现象,且因气穴指数σ较小,故在弓形感受通道会出现气泡现象,出口压力高于5 MPa时,无明显气泡现象但阀口处的气穴仍然存在;随着入口流速增加,阀口内侧壁和外侧壁处气穴强度和分布范围增加;在出口压力0.1 MPa情况下,随着阀口开度增加气穴现象减弱。结果表明,2D伺服阀正常工作时先导阀口处会产生气穴,对伺服阀阀芯运动的稳定性产生干扰。     

闭环控制先导比例溢流阀压力--流量特性计算机仿真

应用ＴＫ Ｓｏｌｖｅｒ软件对先导式溢流阀的压力－流量特性进行计算机仿真,揭示了应用闭不控制原理后,先导式溢流阀抑制主阀液动力等扰动的机理,该软件预期可用于解决几乎所有液压元件和系统的静态仿真问题。     

不同阀芯颈部直径对液压锥阀阀芯作用力的影响研究

采用软件I-deas建立液压锥阀三维模型并对网格进行划分,运用CFD方法对液压锥阀进行解析,得到阀芯颈部直径对液压锥阀阀芯作用力的影响规律。其结果表明:在阀口开度大小相同的情况下,液压锥阀的阀芯颈部直径变化对阀芯作用力及稳态液动力的影响很小。