比例伺服阀非线性液动力模型修正与特性分析

比例伺服阀的高速运行以及油液流动状态直接影响液动力的变化,进而影响比例伺服阀和伺服机构的动静态性能。基于此,为明确比例伺服阀液动力的变化规律和特性,首先基于阀芯和阀体配合的节流口结构建立液动力的理论数学模型。然后结合流场仿真,分析不同开度和不同压差下液动力变化情况,明确液动力仿真结果和理论结果的偏差,修订液动力理论数学模型。最后,基于液动力测试平台,验证了不同开度和压差下液动力变化情况。结果表明:射流角的减小会导致稳态液动力不断增大,阀口开度的增大使稳态液动力呈现先增大后减小的趋势,同时在小开度下压差越大对应稳态液动力的峰值也越大,研究成果为比例伺服阀非线性补偿控制提供理论基础。

高压阀口液动力补偿控制策略仿真分析

直动式比例伺服阀是一种新型的单级伺服阀,采用比例电磁铁或线性力马达直接驱动滑阀运动,具有成本低、频响高、抗污染能力强等优点,广泛应用于注塑机进给控制、轧机板厚控制系统等高速高精度液压控制系统中。传统的直动式比例伺服阀采用PID控制策略实现阀芯的精确位置控制,在高压大流量工况下(供油压力达到20 MPa、流量大于100 L/min),阀芯受到液动力扰动变得更加剧烈,易出现响应速度慢、阀芯抖动的现象,影响了比例伺服阀的控制精度。为了解决大液动力扰动的问题,提出了一种基于指数收敛干扰观测器的滑模控制器。通过建立阀芯动力学模型来设计滑模控制器,保证阀芯位置的高动态跟踪性能;使用基于指数收敛的干扰观测器,估计阀芯动力学模型中液动力的不确定性扰动,解决高压大流量工况下的阀芯液动力扰动补偿问题。搭建了比例伺服阀系统的联合仿真模型进行仿真验证,结果表明,提出的控制器可以解决高压大流量工况下阀芯液动力扰动对阀芯位置控制的干扰问题。

关于内流式锥阀稳态液动力方向的探讨——与有关液压传动教科书作者们商榷

多本液压传动教科书认为内流式锥阀的稳态液动力是使阀芯打开方向。作者用伯努利方程压力能与动能转换的原理和动量定理进行分析,认为内流式锥阀的稳态液动力与外流式锥阀以及滑阀一样,也是使阀芯关闭方向。

液压滑阀稳态液动力补偿研究

针对液压滑阀稳态液动力补偿困难的问题,在阀芯上设计了一种导流槽结构来实现对稳态液动力的补偿,液流在流经导流槽时,由于导流槽的反向导流作用,产生了沿反方向的液流分量,该部分液流分量与正向运动的液流相互作用使得出口处射流角变大,液动力随之减弱。分析并推导了稳态液动力模型,通过CFD仿真研究导流槽各结构参数变化对稳态液动力的影响,并揭示了导流槽补偿原理。试验结果表明,有导流槽阀芯稳态液动力相对无导流槽阀芯大幅降低,压差为2.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为52.7%;压差为3.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为47.7%;压差为4.5 MPa时,各开度下液动力的平均减小量为33.9%。导流槽结构能够有效补偿稳态液动力,提高阀的控制精度。

基于气液动力学模型的多算法融合SOC估算

基于气液动力学模型,提出了一种多算法融合SOC估算方法,以提高电池在不同动态工况下的SOC估算精度与可靠性。相比传统卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法,无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法通过对称采样与非线性点变换的方法,有着先进性和时变性,该工作将UKF观测器应用于气液动力学电池模型并进行SOC估算,并与神经网络(back propagation neural network,BPNN)相结合对估算结果做出修正,从而进一步提高估算精度。最后在不同工况下对方法进行了验证。结果表明,与原始算法相比,多算法融合SOC估算方法的精度和可靠性得到了提高。

高频激振转阀轴向稳态液动力研究

高频激振转阀通过阀芯转动控制阀口的打开和关闭,其开度变化及油流换向使油液的轴向动量发生改变,进而产生轴向液动力干扰激振转阀的稳定运行。对高频激振转阀进行理论分析,建立阀芯轴向受力的数学模型和轴向稳态液动力方程;通过Fluent软件,对激振转阀流场进行CFD仿真分析,研究压力和轴向开度对轴向稳态液动力变化规律的影响;最后设计并搭建轴向稳态液动力测量实验台进行实验验证。结果表明:轴向稳态液动力随激振转阀转角变化而规律变化,且入口节流产生的稳态液动力大于出口节流时的稳态液动力。

液压支架大流量换向阀稳态液动力计算与补偿方法

针对液压支架换向阀元件复杂结构形成不规则流道,传统一次动量定理不能精确求得阀芯所受液动力,以及因液动力过大或不稳定使换向阀动静态特性降低的问题,以支架换向阀主阀为研究对象,在分析其结构组成与工作原理基础上,提出一种全流域控制体积划分方式。运用多次动量定理,分别分析了每个控制体积内动量变化量,考虑阀芯上下游元件结构参数对阀芯液动力数值的影响,较为精确的推导出阀芯所受稳态液动力公式,并进行理论计算。通过分析公式,得出对阀内元件结构参数进行优化的方法来补偿稳态液动力并用CFD方法模拟了稳态液动力随阀芯开度变化规律。结果表明:结构参数优化后阀芯所受液动力峰值与变化幅度均较原结构低,将阀套内径结构优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了56.25%与48.12%;将回液阀芯顶杆直径优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了28.79%与32.71%;将回液阀芯端面倾角优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了31.87%与37.16%,有效缓解了支架换向阀阀芯所受稳态液动力使阀动静态性能降低的问题。

液动力对锥阀振动特性的影响

针对实际工程中锥阀经常出现振动、噪声等现象,通过设计实验观察振动情况,发现锥阀的振动是规律的周期振动。将CFD的计算结果同系统动力学模型的参数结合起来,对可能引起锥阀振动的原因如稳态液动力和瞬态液动力进行仿真分析。结果表明:稳态液动力并非引起锥阀发生周期振动的原因,瞬态液动力才是锥阀产生周期振动的原因。

锥型阀芯液动力计算与补偿方法研究

为研究锥型电磁换向阀的弹簧无法推动阀芯的故障现象,利用动量定理计算出阀芯的静态液动力理论值,并提出了一种阀芯优化方案。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)平台计算出阀芯优化前后的压力云图和速度矢量图,通过分析仿真结果确定了最优的阀芯几何参数。结果表明在相同工况下,优化后阀芯的射流角增加,压力损失降低。

液动力对滑阀式换向阀的影响

分析了稳态液动力、瞬态液动力对滑阀式换向阀的影响,并以2个实例说明液动力过大造成的不良后果,提出了具体补偿措施,说明在设计液压换向回路时,应考虑液动力对滑阀换向的影响,以使液压系统工作更稳定。

基于电磁换向阀换向时的液动力研究

通过对电磁换向阀换向工作时稳态和瞬间液动力的理论分析,建立了稳态和瞬间液动力的理论公式,并进行了定性分析,探讨了液动力对系统的影响,并认为液动力是影响换向失灵、烧毁等现象的重要因素.说明设计系统时应考虑液动力,以使系统设计完善.

带U形节流槽的滑阀稳态液动力研究

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.

非全周开口滑阀稳态液动力研究

非全周开口滑阀是液压阀的基本结构形式之一,其阀口是在阀芯凸肩圆周上均布若干不同形状的节流槽,用于获得不同流量控制特性。随着阀口开度变化,阀口节流面的位置、形状和射流角都会随之变化,因而传统理论计算方法无法准确计算压力流量、液动力特性等。采用计算流体动力学(CFD)方法,针对两种典型节流槽形式的滑阀进行了三维流场仿真分析研究,获得了不同流动方向下阀口全行程压力流量和液动力特性,并与试验测量结果进行了比较,两者吻合良好;分析比较了流场计算和理论公式计算结果。研究发现在特定的阀口开度范围内,液动力会使阀口趋于开大。此项研究对于非全周开口滑阀压力流量、液动力等性能预测以及减小阀驱动力具有重要意义。

非全周开口滑阀运动过程液动力数值计算

为了获取非全周开口滑阀运动过程液动力特性,以油液流出U形节流槽方向为例,采用非一致性、滑移网格技术及UDF编程方法,研究阀芯运动速度、运动方向、进出口压差及节流槽个数对阀芯所受液动力的影响规律.研究结果表明,在阀芯运动速度低于0.1m/s,阀芯运动时所受的液动力与阀口开度一定稳态计算时的液动力相差不大,可以用瞬态计算近似稳态计算;阀芯运动速度越高,阀芯所受液动力与稳态计算时液动力偏离越大;当阀芯运动方向改变时,液动力出现滞环,速度越大,滞环越大且在小开口下出现液动力方向变化;进出口压差越大,节流槽个数越多,阀芯所受液动力增大,滞环越明显.

基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场。将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场。在此基础上,分析了液压阀在开启和闭合过程中阀芯所受的液动力,将稳态液动力的数值计算值与理论计算值进行比较。结果表明,该计算方法具有较好的精度。

内流式锥阀液动力及阀芯锥面压强分布的实验研究

设计了专门的锥阀阀芯锥面压强分布与液动力的实验装置，测量了内流式锥阀阀芯压强分布，测定并分析了液动力的变化规律。

非全周矩形开口滑阀小开口度时流量及液动力特性研究

电液伺服阀作为液压控制系统的核心元件,其性能的好坏直接关系到控制系统的特性。采用计算流体动力学软件Fluent中动网格技术,对伺服阀滑阀阀口在0.5mm开度内的流动状态进行静、动态仿真,研究其流量与液动力特性。从计算结果可以看出,阀口流量特性仿真曲线与理论曲线在趋势上基本相同。阀芯所受稳态液动力仿真值与理论值增长趋势基本相同。仿真时,阀口开度按给定速度连续增大,阀口打开瞬时,瞬态液动力变化大;阀口打开后,瞬态液动力变化不大,且瞬态液动力数值较稳态液动力小得多。

偏转板射流式伺服阀前置级液动力计算方法研究

针对偏转板射流式伺服阀前置级液动力的计算与检测问题,提出了基于矩形喷口和接收器的前置级节流模型,推导得出了液动力简化计算公式。从射流角度出发,建立了伺服阀前置级的二维流场模型,提出了两种基于仿真离散数据的稳态液动力的计算方法,即动量定理法和压力差法,进行了某型伺服阀的液动力计算。设计了前置级液动力的自动化测试系统,实现了对液动力的测量。仿真与试验表明,理论公式、基于离散数据的数值计算以及试验结果基本一致,从而为此类伺服阀的开发与优化提供了可行的方法和技术。

高速开关阀液动力补偿

提出了一种外流式锥阀液动力补偿方法——阻尼套压力补偿法,该方法能够对阀心复合液动力的大小和方向进行调节。用自行设计的测试装置,对不同阀心组件设计参数下阀心复合液动力进行了测量。总结出阀心组件设计参数与阀心液动力补偿特性间的耦合关系,为高速开关阀优化设计提供了理论依据。