舵机电液换向阀弹簧缘何屡次断裂

舵机是船舶保持和改变航线的关键设备,保持舵机的正常运行对船舶安全航行非常重要。液压舵机按照其控制方式可以分为泵控型舵机和阀控型舵机,其中常用的阀控型液压舵机采用定量油泵为主油泵,一般都使用电气遥控系统操纵电磁换向阀或电液换向阀,控制油液流向和转舵方向。自动操舵仪是海船最常见的航行设备之一,其主要作用是实时的操纵舵机系统,确保船舶在设定的航向上。

基于AMESim的电磁换向阀高温可靠性试验台故障分析与诊断

针对客机系统电磁换向阀的故障情况,使用AMESim仿真软件搭建了电磁换向阀高温可靠性试验台的仿真模型。通过设置能表示元件失效的参数如电磁铁烧毁、弹簧折断、推杆磨损、内泄漏、迟滞等以模拟电磁换向阀的部分故障情况。同时对高温时内泄漏量的变化以及高温时推杆磨损对流量的影响进行了仿真。仿真结果表明:随着温度的升高,引起换向阀的流量变化所对应的推杆磨损量逐渐增大。此外,油液泄漏量受温度影响较大,应注意阀的加工精度、配合精度以避免较大的泄漏。仿真结果为试验台的调试以及实际使用过程中的故障诊断提供了参考。

基于复合PWM的高速开关阀先导控制电液换向阀特性试验研究

针对传统液压支架换向阀存在流量控制不精准、压力冲击大等问题,提出一种高速开关阀先导式电液换向阀控制液压缸方案,搭建试验平台对方案中阀的特性进行了研究,对比了高速开关阀和常规电磁开关阀做先导级时电液换向阀的响应速度,由于高速开关阀滞后时间短,控制腔压力上升较快,故高速开关阀先导时电液换向阀响应速度快;提出脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)的方法,控制电液换向阀主阀芯位移方法。结果表明,主阀芯稳态位移经历4个阶段且在一定占空比范围内可以呈现比例开启效果;在供液压力10 MPa下实现高速开关阀对主阀芯位移在全行程内的调节,复合PWM信号控制区间占空比为30%~65%,常规PWM信号控制区间占空比为35%~50%,复合PWM信号相较于常规PWM信号有着更宽的调节区间,更适合换向阀芯位移比例控制。研究结果可为液压支架控制阀的设计开发提供参考。

电液控换向阀流场仿真与响应面预测

大流量电液控换向阀是支架液压系统的关键控制元件之一,仿真手段对于换向阀的流动特性分析具有重要意义,然而流体仿真存在计算复杂度高、仿真时间较长的问题,对于要求实时高效流动特性分析的场合并不适用。因此,针对大流量电液控换向阀在不同阀口开度、不同入口压力、不同流量下的流场分布情况进行了仿真分析,发现换向阀入口压力随阀口关闭值呈指数上升趋势,随流量增加呈上升趋势,与出口压力值接近正比关系,并且阀口关闭位移越大换向阀入口附近涡流越剧烈。在换向阀流场仿真的基础上采用均匀抽样方法进行试验设计,提出并建立了基于多维勒让德正交多项式的响应面模型,采用均方根误差、决定系数和经过调整的决定系数,验证了响应面模型替代Fluent仿真模型进行流场分析的准确性和快速性,通过前期少量的流场仿真数据建立响应面模型,实现了大流量电液控换向阀流动特性的实时高效预测。

液压支架用换向阀主阀结构优化与液压冲击抑制方法研究

针对液压支架初撑阶段末段存在较高液压冲击的现象,以及由此诱发的支架液压系统可靠性降低的问题,以ZF17000/27.5/42D型液压支架用换向阀主阀为研究对象,在分析结构组成、工作原理及液压冲击发生机制的基础上,提出以控制阀口过流面积来调控过流流量的液压冲击抑制方法。针对现有换向阀采用单根弹簧完成阀芯复位的现状,通过并联复位弹簧降低支架液压系统在阀芯关闭过程中的流量梯度,缓解支架初撑阶段末段的液压冲击现象;利用AMESim软件搭建换向阀模型,对换向阀进行动态特性仿真,得到换向阀主阀流量、压力、速度及阀芯位移规律。结果表明:改进方案相比原方案降低了流量峰值与速度峰值,流量梯度与速度梯度分别下降了9.91%与9.87%,有效缓解了液压支架初撑阶段末段存在的液压冲击现象。

换向阀自动化测试试验台研制

对换向阀各项性能的自动化测试方法及测试系统进行研究,依据GB 25974.3-2010《煤矿用液压支架第3部分:液压控制系统及阀》中的要求,搭建了换向阀自动化测试试验台。利用数据采集、数据信号处理、自动反馈控制等技术方法实现了换向阀性能测试的自动化,从根本上解决现有换向阀测试方法存在的测试效率低、测试准确率低等问题。

先导阻尼对二通插装阀组合换向阀压力损失的影响

二通插装阀组合而成的功能阀在各类高压大流量系统中应用广泛。常用的O型机能三位四通换向功能阀由P型先导电磁阀+二通插装阀组合而成,有一种由O型先导电磁阀+二通插装阀组合而成的换向阀,不仅具有O型机能三位四通功能,同时在进油端还集成防反冲功能,在系统急停等情况下供油端已卸荷,因换向功能阀阀芯未来得及关闭到位,可有效防止液压缸压力油瞬间超大流量回流并经已卸荷的电磁溢流阀回油的情况。但这种换向功能阀在使用一段时间后出现回油压力异常增高的现象。本研究为了解异常现象的背后机理,首先通过介绍其详细工作原理,分析并定位了影响回油压力异常增高的几个可能因素,针对换向功能阀,基于AMESim软件仿真模拟不同先导阻尼孔径对插装阀压力损失的影响效果来复现故障,再通过现场试验,验证了分析结果,最后给出了设计细节方面的优化建议。

16通径电液换向阀内控内泄T口使用实例

电液换向阀在大流量液压系统中使用范围广,如何使用电液换向阀,各液压阀厂家对电液换向阀的使用没有详细介绍,特别是内控内泄时电液换向阀回油口是否需要连接到回油箱;液压设计者在使用中没有将T口连接到回油油箱,结果导致电液换向阀出现换向问题,本文对“16通径电液换向阀内控内泄回油口”进行详细介绍,并进行相关分析。

基于液压电磁换向阀的船用机电设备虚拟拆装系统

以液压电磁换向阀的拆装为例,研究开发对于船用机电设备虚拟拆装的方法。旨在研究能在电脑上独立运行操作的拆装系统,使用3ds Max创建拆装模型,使用Unity 3D引擎工具创建虚拟维修环境,实现对机电设备的拆装操作。通过交互式虚拟拆装体验式学习提升了学习主动性和积极性,在实际教学过程中取得一致好评,加深学员对于机电设备的认知水平。作为一种学习模式的变革,对于虚拟系统在机电设备中的发展应用具有一定的参考价值。

比例多路换向阀在钻井平台设备上的应用

比例多路换向阀具有良好的性能,在石油机械中的应用非常广泛,钻井平台上的铁钻工、吊机、悬臂梁滑移装置、液压驱动绞车等设备均使用比例多路换向阀进行控制。对比例多路换向阀在铁钻工、吊机和悬臂梁滑移装置上的应用和工作原理进行了详细介绍;重点分析了吊机比例多路换向阀阀芯卡阻案例和液压绞车比例多路换向阀附带的溢流阀故障案例,阐述故障分析过程、给出的解决办法及故障排除情况;此外,还介绍了比例多路换向阀的其他常见故障和排除方法;最后,提出预防和减少比例多路换向阀发生故障的措施。

旋转式换向阀的动态响应特性及稳定性分析

为了实现电液激振系统的高频振动,提出一种旋转式换向阀。推导了旋转换向阀的动力学方程并通过MATLAB对旋转换向阀的动态响应特性进行数值求解,分析了阻尼系数、转动惯量、液动力矩对旋转换向阀动态响应特性及稳定性的影响规律。研究结果表明:阻尼系数、转动惯量、液动力矩对旋转换向阀的响应速度、稳定性及工作带宽均有较大影响,其中液动力矩对旋转换向阀的影响程度最强,阻尼系数对旋转换向阀的影响程度最弱。研究结果可为提高旋转换向阀的动态响应特性及稳定性提供数据支撑和优化导向。

电比例换向阀自抗扰控制策略

对煤矿设备中应用的电比例换向阀展开研究,基于建模与辨识得到阀的传递函数模型,研究阀的位置控制算法,并提出自抗扰控制(ADRC)策略。仿真结果验证了所提算法要优于逆模型控制与传统的PID控制器,为提升煤矿装备电液系统性能及同类型换向阀性能优化提供了参考。

压力补偿型液控换向阀

为了进一步提高中、高压、大流量液压系统的性能,该文提出了一种液控换向阀新结构。该液控换向阀是一种具备双向压力补偿功能的主级换向阀,其阀芯的移动不需外加驱动,自动跟随两个先导端的开口大小来动作,从而实现换向和流量控制。它是液压系统中的新型高性能换向阀。

基于ANFIS的电磁换向阀寿命预测

以电磁换向阀的出入口压降作为失效判据,从流量退化角度深入分析,进行电磁换向阀的寿命预测研究。首先使用改进的集合经验模态分解(Modified Ensemble Empirical Mode Decomposition,MEEMD)方法多尺度分解测试数据,以欧式距离的IMFs分量筛选规则完成噪声信号的降噪重构。随后利用时域分析、频域分析和时频域分析提取特征参数,并用核主元(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)方法融合处理,经过3次指数平滑处理,构建了电磁换向阀退化评估指标。融合退化评估指标,训练自适应模糊神经网络(Adaptive Network-based Fuzzy Inference System,ANFIS),通过对未失效样本进行压降趋势预测,实现了电磁换向阀的寿命预测。结果显示,ANFIS的预测指标与实际指标的差异性较小,预测结果准确。

一种伺服电机驱动的比例换向阀结构设计与特性分析

针对传统的电动伺服比例换向阀存在结构复杂、动态特性差的不足,提出一种伺服电机驱动的大流量比例换向阀,采用定差减压阀进行压力补偿,直流电机作为动力元件,通过丝杠螺母机构连接阀芯轴,以此控制主阀芯的位置。设计双闭环控制系统提高阀芯控制精度。运用动力学原理建立比例换向阀数学模型,对比例换向阀稳态性能进行理论分析,研究其动态性能。进一步利用MATLAB/Simulink软件搭建了比例换向阀控制系统仿真模型,并进行了稳态与瞬态特性仿真。结果表明:比例换向阀阶跃响应速度达到36 ms,验证了所提出的比例换向阀具有较好的响应速度和稳定性;通过瞬态特性仿真得到比例换向阀的阀口流量随电机转角的变化曲线,获得电机转角和阀口流量特性控制函数;验证了采用定差减压阀方案可以在负载变化时进行较为理想的压力补偿,比例换向阀的控制精度达到98%。

多路换向阀稳态液动力分析与结构优化

对于多路换向阀而言,稳态液动力过大会导致阀芯运动卡滞、换向阀操纵性下降。通过AMESim与Fluent软件联合仿真,发现稳态液动力峰值往往在阀口小开度时出现,且方向趋于阀口关闭;在阀芯复位过程中,稳态液动力在操纵力中最大占比为25.12%,阀芯在稳态液动力的影响下会获得过大的操纵力,破坏阀芯行程与复位弹簧力本身具有的线性关系。针对这种情况,基于流道改造法与特殊阀腔法,提出一种滑阀稳态液动力补偿方法,即在阀芯上设置一种挡流凸台。对改进后阀芯进行流场仿真分析,结果表明:凸台直径越大,降低稳态液动力的效果越明显,最多可以降低65.18%。但是过大的凸台直径会改变多路换向阀对应阀口的通流面积和水力直径,影响换向阀的压力特性,使得改进效果不理想。

基于普通换向阀的高精度油缸位置控制

针对基于普通换向阀的位置控制系统,由于控制时滞,普遍存在控制精度不高,系统抖振的问题,提出了一种开关线迭代学习的改进型Bang-Bang控制方案。开关特性和相平面理论分析表明,换向阀的控制输出时滞是影响控制精度和引起系统抖振的主要原因。推导了液压系统的油缸速度、阀芯位移、负载压力的数学方程式。新开发了一种基于开关线迭代学习的改进型Bang-Bang控制算法,并通过仿真和生产验证了控制算法的正确性和可靠性。实际生产过程中,辊缝控制精度小于等于0.1 mm的命中率为89.3%,全部控制精度小于0.2 mm。整个系统控制稳定,控制精度较高,满足生产工艺要求。

高精度三通换向阀设计及试验研究

液体流量标准装置和高精度称量系统的主要部件为换向器。换向器的性能是影响液体流量装置不确定度的主要因素。传统换向器因其结构上的特点,很难再提高其性能。设计了一种创新结构的高精度三通换向阀。介绍了高精度三通换向阀的运行原理和内部结构。对高精度三通换向阀与普通换向器在水流量标准装置上进行了标定和对比试验。试验结果表明,相较于普通换向器,高精度三通换向阀拥有尺寸紧凑、切换速度快、重复准确性和稳定性高等优点。使用高精度三通换向阀作为液体流量标准装置的换向器,能极大地提高液体流量装置的检测能力和效率。

电液控换向阀清洗方法

电液控换向阀是液压支架控制执行元件。随着井下使用时间的增加,阀体内壁会由于锈蚀等情况产生杂质堆积。处理内部堆积杂质问题,即提高产品清洁度是返修工艺的关键点。介绍了一种处理内部堆积杂质的清洗工艺,对提高电液控换向阀返修后的初检合格率、降低返修成本具有重要的指导意义。

基于流场分析的水下液压换向阀阻尼结构优化

随着海洋油气资源的勘探水深不断增加、规模不断扩大和电子信息技术的不断更新,依托水上设施、利用水下电液复合控制系统开发海洋油气田逐渐成为一种主流的开发模式,液压换向阀是水下电液复合控制系统的核心部件。本文以两位三通液压换向阀为研究对象,首先,在Solidworks Flow Simulation仿真软件上对液压换向阀模型进行流场分析,解释了旋涡的产生,并引出加入阻尼的重要性;其次,基于流阻计算公式和流场分析结果优化液压换向阀阻尼结构;最后,通过Solidworks制作阻尼器并集成到液压换向阀中,流场分析验证阻尼器的优化效果。本文所做的研究对于水下油气生产领域的液压换向阀的研制有一定的参考价值,对于该阀的国产化研制也有一定的现实意义。