伺服阀滑阀阀口系数影响因素分析

分析电液伺服系统中液压缸活塞位移、液压刚度、阀口开度、外负载刚度及阀芯与阀套间径向间隙对伺服阀阀口系数的影响。采用工作点线性化的处理方法,通过引入液压缸负载力方程,给出零开口电液伺服阀滑阀流量-压力系数和流量增益的计算公式,并对其影响因素进行分析。结果表明,在液压缸全行程中,流量-压力系数会随着液压缸活塞位移、外负载刚度及阀口开度的增加而增大,其中流量-压力系数随液压缸活塞位移的增大呈抛物线增长,其最大值约为最小值的2倍;流量增益随着液压缸活塞位移、外负载刚度的增大而减小,其中流量增益随液压缸活塞位移的增大而近似呈线性规律减小,其最小值约为最大值的1/2;阀芯与阀套间径向间隙对阀口系数随液压缸活塞位移变化率的影响不大;阀口系数在液压刚度取最小值附近时存在突变;同一液压刚度值可对应2个不同的液压缸活塞位移,分别对应的阀口系数值相差非常大。     

液压缸轴向承载能力及两端摩擦影响研究

综合两端摩擦、配合间隙和自重等因素影响,建立液压缸最大轴向承载力理论计算模型,研究了两端摩擦对轴向承载能力的影响规律,并借助有限元软件ANSYS模拟仿真,最后利用相关试验数据进行验证.结果表明:所建立理论模型计算的最大轴向承载力与试验测试结果误差为13.5%,该理论模型是可信的;随着活塞杆、缸筒长径比减小或摩擦因数增大,液压缸最大轴向承载力增加,但是过大的摩擦因数会改变液压缸两端的连接状态,使其由滑动状态转变为相对固定状态,进而导致轴向承载能力突然增大;随着活塞杆、缸筒长度的减小或活塞杆直径的增大,摩擦对轴向承载能力的影响增强,但缸筒内外径改变时摩擦对承载能力的影响基本不变.研究结果可为液压缸的设计及性能校核提供重要的参考依据.     

2D阀控电液激振器偏置控制的特性分析

为实现对液压缸活塞杆振动中心平衡位置偏置量的精确控制,提出2D阀与电液数字阀并联机构的新方案.在产生相同流量平均值的条件下,将并联机构等效为正开口滑阀,求解出振动中心的平衡位置,然后将并联数字阀等效为恒定负载,推导出偏置控制下振动波形的解析解.在5～200Hz范围内进行振动疲劳试验,试验结果表明:当2D阀阀开口一定时,并联数字阀阀口与活塞杆振动中心平衡位置点成线性关系,但偏置量不会大于最大振幅,振动波形类似正弦波;当并联数字阀阀口一定时,随2D阀阀口面积系数的增大,偏置的平衡位置点减小,振动的最大位置点呈先减小再增大的规律;当振动频率为200Hz、并联数字阀开口面积占最大并联阀阀口面积的25%时,振动的最大位置点在2D阀阀口面积的20%处最小.这一并联机构不仅能提高频响,保证电液激振器工作频率和激振幅值的分别控制,而且能够实现偏载量的独立、精确控制.     

新型双作用气浮气缸优化设计及其工况分析

由于普通气缸摩擦力存在时变性和不确定性,故其摩檫力无法准确获取,难以实现气缸高精度的力伺服控制。基于静压气体润滑原理并结合空气轴承结构,构建了一种带有环形卸压槽的新型双作用气浮无摩擦气缸,实现了气缸活塞与缸筒内壁间的非接触无摩擦。该气缸的气浮活塞具有独立供气的特点,解决了传统气浮气缸往复运动过程中两腔气压变化时气浮活塞承载力不够而引起的活塞与缸筒接触产生摩擦的问题。采用Fluent软件仿真分析了偏心量、节流孔径、气膜厚度等因素对气浮活塞径向承载力和耗气量的影响,得出了多种气膜厚度下最优的气浮活塞节流孔径;研究了偏心量、供气压力对此最优节流孔径的影响,发现了其随偏心量增大而减小、随供气压力增大而增大的规律;开展了不同工况下活塞-活塞杆组件在缸筒中非接触无摩擦运动时的受力情况分析,得出了气缸空载工况时最低供气压力以及加载工况时最大外负载力与供气压力的关系式。研究结果可为该气浮活塞外径和节流孔径参数的选取、供气压力的确定提供参考,进而达到不同工况时满足径向承载力要求后的耗气量尽可能少的目的。     

细长型液压启闭机液压缸筒活塞杆挠度的计算分析

基于改进的液压缸阶梯杆模型,对细长型液压启闭机液压缸筒及活塞杆的挠度进行了计算分析,考虑了液压缸安装角度、缸筒与活塞杆配合间隙、液压缸活塞杆自重以及油液质量对杆轴横向变形的影响;依据固体力学基础理论对缸筒、活塞杆的受力与变形进行计算推导,通过建立和求解挠度方程获得了液压缸筒、活塞杆挠度的解析计算方法,并结合工程实际给出了应用算例.结果表明,与有限元计算方法相比,文中方法的计算误差在5%以内.     

轧机弯辊缸密封改进

本文对韶钢轧机弯辊系统液压缸缸筒和活塞被划伤及端盖螺栓断裂的原因进行了分析,并提出活塞和活塞杆密封的改进措施,改进后使用效果良好。     

摩擦与配合间隙对超长大型液压缸承载能力影响规律研究

以水利工程中启闭机油缸为例,对超长大型液压缸最大轴向载荷进行计算分析.研究了两端耳环与支座轴销之间的摩擦、缸筒与活塞杆的配合间隙对轴向承载能力的影响规律,利用有限元软件ANSYS对液压缸进行非线性屈曲分析.样机试验得出最大轴向载荷为580kN,与理论计算值相差约6%,验证了理论模型的合理性.分析结果表明,由强度条件确定的极限载荷小于由稳定性条件确定的临界载荷,液压缸允许的最大轴向载荷由极限载荷衡量.随着配合间隙的减小或摩擦因数的增大,液压缸轴向承载能力增加,如当摩擦因数从0增加到0.3,允许的最大轴向载荷增加约5.5%.     

液压缸活塞微织构化表面动压润滑性能理论研究

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能,在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构,利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模,并采用MATLAB软件进行仿真计算,研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明,在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能,其中椭圆形微织构的改善效果略差;随着活塞运动速度的提高,不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大,活塞表面动压润滑性能变差;圆形微织构的深径比为0.009时,活塞表面的动压润滑性能较佳。     

阀控非对称缸液压系统建模研究

考虑了阀控非对称缸液压系统中阀与缸之间采用软管连接的情况,构建了系统方程,推导了活塞杆在两个方向,活塞杆伸出和活塞杆缩回时的两个传递函数,分析了两个方向的增益与固有频率,采用了SimHydraulics实物仿真,仿真结果验证了对传递函数的理论分析.     

基于Matlab与Ls-dyna的气缸冲击仿真解析

气缸活塞撞击到前端盖时,活塞杆和衬套间会发生较大应力导致部件磨损产生气体泄漏.为了准确了解气缸运行过程中各物理量的集中式参数和分布式参数的变化情况,提出一种采用Matlab与ANSYS/Ls-dyna对气缸运行和内部受力进行联合仿真的方法.通过Matlab获得气缸内压力的仿真结果,以此作为Ls-dyna的仿真条件可以得到更为精确的位移、速度、活塞杆与衬套间动态应力分布和径向震荡等情况.仿真结果表明气缸冲击过程中,活塞与活塞杆出现明显的倾斜,气缸衬套与缸筒上呈现一些明显的受力点,气缸的活塞杆冲击速度、负载分别与其所承受的最大等效压力近似成正比关系.      

同步性能对平地机牵引力的影响

针对一类轮边独立驱动的液压传动平地机,在对其偏载工况进行静力学分析的基础上,研究了同步性能对牵引力的影响及原因,给出了无同步功能相对于有同步功能时牵引力损失的边界条件,推导了偏载力大小、作用角度、作用点及前轮转向角等参数与牵引力损失之间的函数关系,并讨论了在边界条件满足的情况下,各参数对牵引力损失的影响趋势。以提高平地机同步性能为目标,提出了基于液压同步装置的解决方案。研究结果表明:前轮转向角、等效驱动轮中心到外负载垂直方向分量的距离及负载力对牵引力损失呈单调递增影响;偏载合力与竖直方向的夹角对牵引力损失呈单调递减影响;平地机施工时偏载力与竖直方向的夹角一般小于45°,在没有同步功能的情况下,边界条件易于满足,即在较大范围的偏载作业工况下,牵引力都存在一定损失,实际作业效率降低。     

影响油缸泄漏的几个典型因素

分析了液压油缸泄漏的几个典型因素,产生的原因及预防措施。分析表明:缸筒与活塞之间、活塞杆与缸盖之间、排气阀处和缓冲调节阀处是油缸泄漏的主要途径。     

液压自由活塞发动机液压阀组特性研究

研究液压自由活塞发动机液压阀组动态特性.基于单活塞液压自由活塞发动机活塞运动规律,给出了其液压阀组形式,建立了阀组数学模型,对阀组的稳定性、频率响应、位移时间响应和流量特性进行了分析.结果表明:单活塞液压自由活塞发动机吸排油应分别采用反向和正向外流式锥阀;减小阀组的阀芯质量和黏性阻尼系数可减小阀芯运动与活塞运动之间的相位差,提高系统容积效率;排油阀开启过程瞬时开度大且阀芯运动受限位装置影响.     

筒阀紧急动水关闭特性的数值模拟

为了防止水轮机飞选现象的发生,运用动网格和滑移网格技术,对动水关闭状态下的筒阀运动进行了三维非定常数值模拟和水力特性的研究．结果表明,筒阀的表面压力呈不均匀分布,引起的倾覆力矩最大值达2．94×10^4N·m．轴向力在筒阀关闭90％时达到峰值,并根据其变化的平稳程度提出了优化的筒阀关闭方式．此外,对筒阀表面的压力脉动进行了频谱分析,表明压力脉动的形成是尾水管涡带振动向上传递的结果．上述水力特性的分析不仅可以预测混流炎水轮机的工作状态．而且可以为筒阀运动的执行机构——多液压缸同步运动系统提供理论依据．     

滑阀矩形节流槽阀口的流量系数

基于阀口流量压差特性试验和矩形阀口面积计算,对滑阀上矩形节流槽阀口的流量系数进行研究,获得滑阀矩形节流槽阀口流量系数及其变化规律.研究发现:滑阀矩形节流槽阀口流量系数与阀口开度、液流方向、截面深宽比和截面水力直径关系密切,阀口开度较小时流量系数接近于1,随着阀口开度的增大而逐渐减小,在阀口中间区段接近于常数,在接近全开度时流量系数又快速增大;流入节流槽方向的流量系数比流出方向大0.05~0.10;流量系数随矩形节流槽截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大.     

阀控非对称缸系统神经网络多逆模型切换控制研究

为提高存在负叠合量的阀控非对称缸系统的控制性能,提出基于神经网络的逆系统控制方法,利用神经网络逼近的逆模型与原系统复合,将复杂非线性系统转变为线性系统进行控制,建立了阀控非对称缸系统的数学模型,系统在(x_0,u)的邻域内存在相对阶,证明了系统的可逆性;采用基于遗传算法改进的BP神经网络(GA-BP)求解逆模型,并针对伺服阀存在负叠合量,以及流态存在层流和紊流两种状态的问题,建立系统的多个逆模型集,提高了逆系统的求解精度。利用AMESIM和Simulink联合仿真平台,基于参考速度切换的原则,对系统采用比例-积分-微分(PID)闭环控制器。结果表明:普通PID控制的液压缸伸出运动响应和缩回运动响应不一致,伸出运动存在0.20 mm的稳态误差,误差波动范围为0.06 mm,而缩回运动稳态误差较小,约为0.02 mm,但误差波动较大,约为0.09 mm;多逆系统复合控制的伸出缩回运动响应较一致,伸出和缩回运动均存在0.02 mm的稳态误差,误差波动范围为0.04 mm,验证了多逆模型切换控制方法可以消除阀控非对称缸系统的非对称性,降低波动负载干扰影响,提高系统的响应精度。     

电液位置伺服系统中间隙的双缸联动全补偿方法

针对电液位置伺服系统中液压缸与负载球铰连接处的间隙会导致系统动态性能变差、超调量增加和稳态误差增大,甚至诱发极限环震荡的问题,提出在负载端设置补偿液压缸,与主动缸形成双缸联动的驱动结构,补偿缸对负载施加与主动缸方向相反的力,使负载与主动缸始终紧压在间隙的一侧,以达到完全补偿系统中间隙的方法.利用AMESim软件进行的建模和仿真分析表明,此方法从结构上完全补偿了系统中的间隙.     

油缸出现爬行现象的原因分析

油缸是液压传动系统中的一类执行元件 ,它是将液压能转换为机械能的能量转换装置。油缸工作的平稳性直接影响到驱动机构能否正常工作。油缸的爬行现象对驱动机构工作的平稳性影响较大 ,下面从 5个方面对油缸产生爬行的原因作一分析。1　油缸内部进有水分　由于油箱密封得不够 ,水分进入油中 ,会使液压油乳化 ,成为白浊状态。这种白浊的乳化油进入油缸内 ,导致活塞或活塞杆工作表面生锈 ,加大了缸筒和活塞密封圈、活塞杆和组合密封圈之间的摩擦力。由这种原因引起的爬行现象 ,在维修中会发现工作腔内的液压油成为白浊状态。防范的办法是液压油的油桶不可露天放置 ,油箱盖密封橡皮要可靠 ,油箱应放在干燥避水的地方。定期排放油水分离器的污水 ,定期检查油水分离器是否正常工作。2　装配不符合要求　油缸的装配若不符合要求 ,也会引起油缸出现爬行现象。主要原因有 :一是油缸端盖密封圈压得太死或活塞密封圈的预紧力过大 ;二是活塞或活塞杆在装配中出现偏心现象 ,防范的办法是适当地减小密封圈的预紧力或重新安装活塞和活塞杆 ,使活塞或活塞杆不受偏心载荷。3　关键的工作表面加工精度不符合要求　对油缸来说 ,缸筒内径的加工精度要求是比较高的 ,表面粗糙度根据...     

具有死区输入的HXD_2型机车制动缸自适应补偿控制

为研究HXD_2型机车制动缸在制动时受副风缸压力和轮对径向形变挤压时的制动缸活塞位置控制精度,考虑实际工况中换向阀阀口死区非线性和轮对挤压闸瓦及制动缸活塞杆产生的未知扰动、制动缸内壁与活塞非严格配合导致的压力漏损,建立了具有死区输入的制动缸非线性系统模型;针对换向阀阀芯游移方向的不确定性,引入Nussbaum类型函数;为改善系统误差面的收敛性,引入虚拟反馈控制函数;依据Lyapunov稳定性理论,构造了基于Nussbaum函数的死区自适应补偿控制器。理论分析及仿真结果表明,制动缸伺服系统闭环跟踪误差半全局一致有界并收敛于0;系统跟踪误差动态抖振较小且收敛迅速;控制输入及Nussbaum函数平滑有界。具有死区输入的制动缸伺服系统能够有效克服死区非线性,并对外部未知时变负载和参数漂移具有较强鲁棒性。     

与输出变量相关的非线性三阶系统运动行为

对三通阀控制液压缸的研究,主要采用传递函数来建立其数学模型。这种方法将稳定性局限于工作点附近,且不适合用于讨论全工作范围内的系统稳定性,以及系统结构参数变化对系统带来的影响。为了突出液压缸容腔中油液体积变化对系统非线性的影响,这里采用将阀口流量方程表达成增量形式,利用流量连续性方程和液压缸负载动力学方程,建立了适合于全工作范围的阀控缸系统数学模型;并以此建立了与输出变量相关的三阶非线性微分方程。借助状态空间表达式的方法,对方程进行研究,讨论了方程的李亚谱若夫意义稳定性;并侧重讨论了系统输出量运动行为中的极限环和初值敏感行为。结果表明:液压缸容积随位移这一输出量变化是导致阀控缸系统非线性重要因素;并在各阶微分系数中均有体现;在平衡点附近,微小的初始值变动会使系统运动行为产生较大变化;方程系数取值在某些特定的范围时,系统运动行为呈现出极限环;最后,确定出方程稳定的系数取值区域。