一种比例换向阀先导级用高速开关阀运动特性分析

为研究一种用于比例换向阀先导级的高速开关阀运动特性,通过编写UDF程序控制流体力、弹簧力和电磁力共同作用下的阀芯运动;通过动网格技术实现阀的流固耦合仿真,并获取阀芯精确的运动情况以及瞬态流场的变化。结果表明:编写的UDF程序能够精确地模拟实际工作时的阀芯运动状态,获得阀的开启时间为1.8 ms。该研究方法能够获得高速开关阀精确的运动特性,为高速开关阀产品的优化提供指导。

数字教育背景下“流体系统微机控制”课程创新研究——以“汽车主动悬架系统高速开关阀试验”为例

本文探讨了数字教育下“流体系统微机控制”课程的创新,以“汽车主动悬架系统高速开关阀试验”为例,分析了传统模式局限,提出整合新技术、引入MOOCs、开发虚拟实验等创新策略。创新设计提升了学生兴趣与实践能力,构建了多元化评价体系。研究总结了成果,指出不足,并展望了优化课程设计、拓展技术应用、加强跨学科合作等方向,助力教育创新与高质量发展。

高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀的设计与仿真

在智能综采工作面生产工程中,液压支架在移架和推溜的过程中经常会遭遇不稳定负载,传统开关式的电液控制元件无法对推溜油缸进行速度调控,导致推溜油缸位置控制困难,影响了刮板机的调直度,从而制约了智能综采装备的应用效率。针对这一问题,考虑到煤矿乳化液介质低黏度、润滑性差等特征,设计了一种高速开关阀作为先导阀的高水基高压大流量比例调速阀,建立了阀的数学模型,根据调速阀的内部结构及工作原理建立其AMESim仿真模型,对影响节流阀阀芯位置闭环控制特性、调速阀压差-流量特性进行仿真分析。仿真表明,A型先导液桥对主阀芯的响应具有更好的性能,主阀下控制腔容积、复位弹簧刚度对阀芯的响应速度、稳定性有一定影响。总体而言,调速阀具有较好的流量调节刚度,功能和性能达到了预期设计要求。

考虑电磁铁线圈构型的高速开关阀动态特性分析

为改善高速开关阀的响应特性,以电磁铁线圈构型为切入点,对比研究了线圈构型对高速开关阀动态特性的影响规律。在建立高速开关阀数学模型以及理论分析线圈构型变化对响应时间影响的基础上,采用电磁仿真软件ANSYS Electronics,构建了高速开关阀二维瞬态仿真模型,分析了单一、叠加式、嵌套式3种线圈构型对电磁铁吸合以及高速开关阀启、闭两个动态过程的影响。仿真结果表明:在不改变其他结构参数与电气参数的情况下,与单一线圈构型相比,叠加与嵌套两种并联线圈构型能够有效缩短电磁铁空载吸合时间,减幅分别为35.1%、34.7%;叠加式线圈构型下高速开关阀的开启延迟时间缩减了4.79 ms,减幅达55.4%;嵌套式线圈构型下高速开关阀的开启延迟时间缩减了4.77 ms,减幅达55.2%。综合响应特性与能耗特性参数来看,采用叠加式线圈构型的高速开关阀具有相对更优的动态特性。该研究可为高速开关阀电磁铁的设计提供参考。

双向复位高速开关电磁阀动态响应特性仿真研究

高速开关电磁阀作为典型的伺服液压系统执行元件,逐渐成为高精密液压系统的核心部件之一。针对双复位弹簧式高速开关电磁阀的动态响应特性开展研究,建立高速开关电磁阀的多场耦合动力学模型,系统研究了高速开关电磁阀阀芯内径、弹簧刚度、线圈线径、工作温度、控制频率及占空比等对高速开关电磁阀阀芯所受到的电磁力和阀芯运动位移的影响,得到了高速开关电磁阀的优化设计参数,为进一步研制响应速度快、性能稳定、流量及承压范围大、环境适应性强的高速开关电磁阀奠定了一定的理论基础。

高速开关阀自适应可调双电压控制器性能研究

针对目前高速开关阀控制器存在驱动电压幅值不可调、驱动电压不稳定、体积大等问题,提出一种自适应可调双电压控制器。首先,为了降低控制器输入电压波动对输出驱动电压精度的影响,提出一种融合低压差线性稳压技术和电压闭环的稳压方法,将输出电压稳态误差控制在0.1 V以内。其次,通过实验辨识法研究供油压力与临界启闭电压的动态映射关系,以获取自适应系数,并将其作为电压控制脉冲宽度调制占空比,进一步借助低通滤波技术实现自适应电压的平均值输出。最后,采用双稳态并联降压电路和双面电路拓扑优化方法,来缩小控制器体积尺寸,并实现散热效率最大化。结果表明,自适应可调双电压控制器可以同时驱动四个高速开关阀,且工作频率达到100 Hz以上,线性占空比区间为0.3~0.7,具有高动态、低功耗、强扩展性等优势。

高速开关阀阀芯频响及流量输出特性研究

针对数字液压领域中高速开关阀阀芯的频响规律以及流量输出难以精确评估的问题,提出一种基于负载力函数的高速开关阀动态性能分析方法。通过推导阀芯动力学模型,建立电磁铁、流场仿真模型,研究电磁铁的空载动态特性。通过添加负载力函数,采用机-电-液联合仿真方法,最终得到阀芯频响和流量输出特性。仿真结果表明:模型能较好地反映阀芯频响和流量输出规律;高速开关阀开启时间为13.9 ms,关闭时间为14.3 ms;当控制频率为20 Hz、占空比为30%~70%时,流量调制线性区为1~1.9 L/min,随着控制频率增加,高速开关阀的流量可调区间减少,当控制频率达到40 Hz时,高速开关阀的流量几乎不可调制。

高速开关阀动态响应特性研究及性能优化

为研究某型高速开关阀的动态响应特性并开展参数优化,描述开关阀的结构组成及工作原理,并建立其数学模型;基于电磁铁的有限元模型,重点研究极靴盆口磁分路的作用,并求解电磁力及磁通量离散空间分布;进而建立开关阀的机-电-液联合仿真模型,研究其静态压力控制特性及关键参量的动态响应过程。以单变量作用规律分析为基础,应用(1+1)-ES算法完成多参数迭代优化。最后,测定高速开关阀的动态响应特性,完成对比验证。实验结果表明:所建立的联合仿真模型较好地刻画了开关阀的动态响应特性,并借助进化策略优化算法实现了性能的有效提升。

双线圈高速开关阀的水击特性验证

高速开关阀是航天领域动力系统的关键元件,需要具备高频响和高可靠性。然而,高速开关阀的开关特性会使系统产生水击现象,降低系统的可靠性,尤其是在高速开关阀高频切换过程中会产生更多的水击压力波,致使系统中的水击变得更加复杂。因此,采用仿真和实验相结合的方法对不同频率下水击压力脉动的变化进行分析,最终通过对数据时域和频域的分析,发现了高速开关阀的水击压力脉动规律,研究结果可在航天动力系统中应用。

高速开关阀瞬态流场仿真特性研究

高速开关阀工作时,内部流体由于阀杆的运动形成了复杂的流动状态。而在实际情况中,很难观察到阀体内部流道中阀芯运动时的流体瞬态变化。基于此,采用计算流体力学动网格方法分析了高速开关阀3种工况下的状态,得到了流场的压力、速度、出口质量流率等数据。结果表明:出口的质量流率随着阀口的开闭呈线性变化;流体压力、速度在阀座到出口的通道中间变化最大;出口区域与开关阀角落区域在大流速差下易形成漩涡现象,并且流体的漩涡现象会随着流体的速度差变化,而顶部的动铁周围压力、流速变化不大。该结果可为设计高速开关阀时获取对应的最大通过流量及优化开关阀结构提供技术参考。

电机直驱式高速开关阀及其系统特性研究

高速开关阀是一种体积小、响应速度快、可靠性高的电液控制转换元件,在各种工业场景中有着广泛的应用.四足机器人大多采用成本高昂的高性能伺服阀控制液压关节进行高速往复运动.本文设计一种阀芯旋转式高速开关阀用于机器人液压关节的高速往复运动,以代替昂贵的伺服阀.首先设计阀芯旋转式高速开关阀的结构,理论分析转速、开口数量对开关频率的影响;然后利用AMESim软件对阀芯旋转式高速开关阀液压系统进行特性分析;最后,搭建测试平台,对阀芯旋转式高速开关阀进行试验,并根据相关数据进行对比分析.仿真和试验验证了本文设计的高速开关阀的合理性与可靠性.

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。

面向无人扫路机的高速开关阀噪声演变规律及影响因素研究

面向无人扫路机的高速开关阀,在不同的驱动参数下,噪声呈现显著的差异。为了揭示驱动参数对高速开关阀噪声的影响机理,首先分析了高速开关阀的驱动参数与噪声特性的关系,建立了电-磁-流-固耦合的动力学模型,明确了驱动参数通过影响运动部件的受力及碰撞瞬间的速度来影响高速开关阀的噪声。其次,在液压半消声室搭建了高速开关阀噪声测量实验台,通过实验和仿真相结合的方法研究了不同驱动频率下的噪声演变规律,验证了驱动参数影响高速开关阀噪声机理分析的有效性。最后,研究了不同驱动电压和不同占空比对高速开关阀噪声源的影响,发现在相同占空比下,随着驱动频率的增大,噪声逐渐减小,在相同驱动频率下,随着占空比的增大,噪声逐渐增大。

基于流固耦合的阀芯旋转式高速开关阀结构优化

在阀芯高速旋转时,阀芯旋转式高速开关阀内部流场会对阀结构强度产生影响。针对此问题,利用Fluent对阀进行动态流场分析,将流场仿真结果作为压力载荷,通过Static Structural进行流固耦合分析,在此基础上,对阀芯旋转式高速开关阀的结构进行优化。结果表明:阀内部应力整体分布规律为:越靠近中心应力越大,越靠近边缘应力越小,阀芯中心圆柱与阀芯台肩的接触面为阀的危险区域;阀套窗口处油液流动速度变化梯度明显,对阀套产生显著压力冲击;通过对阀套窗口进行倒角处理、阀芯细化等优化,使得阀内部应力强度减弱,流体对阀的压力冲击显著降低。

高速开关阀先导流量控制的比例阀压力补偿研究

针对高速开关阀先导流量控制的比例阀输出流量受负载压力变化影响的问题,基于其主阀流量线性放大先导流量的特性,提出先导阀压差补偿方法,保证先导阀两端压差不变,使得流量不受负载影响,从而实现主阀流量的稳定输出,设计压差补偿器并进行参数优化。结果表明:在先导阀和主阀之间增设压差补偿器可以抑制负载压力变化对先导流量的影响,使得线性放大后的主阀流量保持稳定;通过对压差补偿器的参数进行优化,提高了主阀输出流量的响应速度,同时降低了主阀输出流量波动,满足液压控制技术对数字液压阀输出稳定流量的需求。

水基高速开关阀动静态特性研究

为了研究水基高速开关阀的动静态特性,以一款水基高速开关阀电磁铁为研究对象。阐述其结构及工作原理,在Ansoft Maxwell软件中搭建电磁铁仿真模型;通过研究平面形磁极和锥面形磁极的稳态电磁力的大小,得到该水基高速开关阀电磁铁更适合采用平面形磁极,且得到稳态电磁力与半锥角θ之间的关系;加入隔磁环对环路磁通进行优化,并分析隔磁环结构参数对电磁力的影响规律,根据仿真结果及生产工艺确定了隔磁环的最优参数;最后针对电磁铁滞后时间长、响应频率低的问题,提出一种复合PWM控制策略来提升电磁铁的动态特性。根据仿真和试验结果,电磁铁滞后时间缩短了15.8 ms,响应频率由29 Hz提升到了40 Hz。

高速开关阀先导控制电液换向阀特性研究

针对现有液压支架使用乳化液传动介质电液换向阀存在流量控制不精准、压力冲击大、造成地下水污染等问题,提出使用水基高速开关阀先导控制电液换向阀,实现对主阀控制腔压力和主阀芯位移的精准控制。提出高速开关阀先导控制电液换向阀的液压桥路,针对先导高速开关阀提出复合PWM控制策略,将滞后时间缩短15.8 ms;提出脉频调制和脉宽调制占空比的方式控制主阀位移。仿真结果表明:在先导高速开关阀驱动信号一定占空比范围内主阀芯位移可以呈现比例开启效果。最后进行试验研究,试验结果证明高速开关阀作为先导级提升了主阀的响应速度。

阵列压电叠堆驱动高速开关阀的设计与仿真分析

针对目前高速开关阀采用PWM控制信号产生诸如高频流量脉动、振动与噪声等问题,基于并联液阻和二级制编码技术设计一种阵列压电叠堆驱动的高速开关阀。阵列压电叠堆的轴向长度呈二进制编码排列,故采用PCM(脉码调制)信号来控制每个压电叠堆的工作状态进而实现阀口开度的离散化调节。其次,基于MATLAB/Simulink建立高速开关阀数学模型,并通过仿真揭示了流量瞬态不确定产生机理。最后,提出一种基于模型的PCM编码控制策略,阶跃跟踪结果表明:流量跟踪无超调,且稳态误差在0.015 L/min以内;正弦跟踪结果表明:当阵列压电叠堆的开启和关闭动态特性不对称时,最大误差增加至0.61 L/min,但平均误差和误差标准差的变化范围仅在0.004 L/min和0.013 L/min以内。

高速开关阀控液压马达系统性能对比研究

采用一款高响应电液伺服阀并使其处于阀口开、关两种极限工况下工作的高速开关控制方式,构建一种阀控液压马达系统,实现对液压马达输出转速及扭矩的控制,以探究液压马达高速开关控制方法的基本特性。完成该高速开关阀控液压马达系统的设计及AMESim仿真模型的搭建。利用PWM信号控制高响应电液伺服阀实现对液压马达的高速开关控制,并通过仿真获得转速等参数随占空比和频率的变化规律。开发基于高响应电液伺服阀的高速开关阀控液压马达系统实验样机,进行实验与仿真结果的对比研究。结果表明:实验与仿真结果较为一致,液压马达转速随着占空比的增大而增大,随着外负载的增大逐渐降低;而仿真结果中负载的增加会轻微加快液压马达转速的稳定时间的结论,在实验中无法得到印证。

特高压直流高速开关研发关键技术研究

直流高速开关(high speed switch,HSS)是多端直流输电系统中的关键设备。HSS的性能参数直接影响到多端直流系统的送电能力和运行灵活性。为了研制性能参数更优的±800 kV HSS产品,提出在长时直流耐受、直流小电流开断和直流燃弧耐受3大关键性能方面需解决的问题。结合内外绝缘仿真优化和样机绝缘验证,实现样机具备DC1224 kV/1 h湿耐受的绝缘性能;通过小电流开断的磁流体动力学仿真,获得了HSS开断小直流电流时灭弧室内部的温度、压力分布规律;试制了小直流开断实验样机,样机实验在1 kV恢复电压下最大开断电流达到350 A。通过长时燃弧的磁流体动力学仿真,获得了4000 A直流电流开断过程中灭弧室内部的温度、压力分布规律。该研究为性能参数更优的±800 kV HSS产品研制奠定坚实基础,对提高多端直流输电系统功率连续性和安全稳定运行具有重要意义。