非对称喷嘴挡板压力伺服阀建模与特性研究

针对一种具有非对称喷嘴挡板结构的压力伺服阀(简称非对称压力阀),建立其数学模型及MATLAB/Simulink仿真模型,分析了整阀的静动态性能,并研究了非对称结构的设计原则。结果表明:该阀为带死区的单向正增益压力伺服阀,其输出压力高、线性度好、动态响应快;喷嘴腔压力和输出压力交叉点与静态性能指标具有唯一的映射关系,可利用交叉点位置来判断伺服阀性能是否达到工作要求;阀芯端面面积非对称是前置级非对称的来源,为了保证非对称压力阀的零位稳定性和性能要求,需将前置级设为非对称形式,其固定节流孔液阻系数比大于喷嘴孔液阻系数比,而喷挡间隙的非对称有利于减小喷嘴结构参数的影响,便于伺服阀的尺寸设计和调试;最后通过实验验证了数学模型的准确性。建立的数学模型及仿真模型可为压力伺服阀的结构设计及优化提供依据。

射流放大器的不对称性对偏转板伺服阀零偏的影响

针对偏转板伺服阀前置级放大器结构不对称导致零偏的问题,考虑两个接收腔结构尺寸不一致以及劈尖相对射流口不对称等因素,基于二维紊动射流理论建立了偏导射流放大器压力特性数学模型,分析了两个接收腔圆角、内角、喉部宽度不一致性以及劈尖相对射流口的偏移量对放大器压力特性以及零偏位移的影响。分析结果表明:由于接收腔圆角和接收腔宽度直接决定射流流出接收腔的面积,故接收腔圆角和宽度的不对称会对放大器零件产生较大影响,两接收腔圆角差值每增大10μm,会近似产生0.33μm的零偏,而两接收腔宽度差值每增大10μm,会近似产生1μm的零偏,接收孔内角的对称性和劈尖相对射流口的偏移则对放大器的零偏影响很小。减小两接收孔圆角和宽度的加工公差可以显著降低射流放大器的零偏,并提高射流放大器的一致性。

安全滤网阵列网孔激光-电解组合加工

安全滤网阵列网孔的高效、高品质和高适应性加工至今仍面临重大技术挑战。基于此,提出采用激光-电解组合加工技术制备安全滤网阵列网孔结构。介绍了激光-电解组合加工技术的试验加工系统,探究了工艺参数对微孔形貌质量和加工精度的影响规律,并开展了安全滤网阵列网孔的制备。试验结果表明:激光加工路径显著影响微孔出口的形貌,采用同心圆轨迹(外径270μm,内径230μm,线间距2.5μm)能够显著改善微孔出口的圆度;激光功率越大、切割速度越小,微孔直径及其热影响区均越来越大;NaNO3-乙二醇溶液作为电解抛光液能够在加工表面形成扩散层发生电解抛光,将激光加工产生的喷溅物和毛刺等缺陷去除;基于优化工艺参数,加工出253个直径0.31 mm的阵列网孔结构,出入口直径方差仅为2.02和1.71,展示出较高的尺寸一致性。激光-电解组合加工技术在薄壁件上高效、高品质制备阵列网孔结构方面具有很强工艺能力和发展潜力。

非全周开口滑阀液动力分析及补偿

为研究某型比例阀在换向过程中,最大开口处驱动电流过大的问题,利用CFD对U形槽非全周开口滑阀的流场进行数值模拟,研究了不同阀开口处的液动力及流量,同时对原阀芯结构进行优化,在出口侧台阶上加两个对称分布的节流槽,并对不同节流槽半径和阀口开度时的液动力进行了比较。结果表明:原结构瞬态液动力在2.94 mm处到达峰值,随后迅速减小。节流槽半径为2.5 mm时,液动力补偿效果较好,相较于原结构最大液动力降低了21%,且大开口处液动力变化较为平缓。该研究为滑阀结构的优化设计提供指导。

耐久性试验工况下电液伺服阀衔铁组件疲劳寿命预测

针对耐久性试验工况下电液伺服阀衔铁组件疲劳失效问题,以挡板与反馈杆一体式衔铁组件为例,建立了衔铁组件力学解析模型,推导反馈杆和弹簧管上各点应力计算公式。在此基础上,基于名义应力法,建立衔铁组件寿命预测模型。以某型伺服阀为算例,计算结果表明:耐久性试验工况下,反馈杆最大工作应力出现在锥形段;弹簧管最大工作应力出现在薄壁部分底部外圆柱面,位于弯曲平面内;反馈杆应力幅值低于疲劳极限,组件的疲劳寿命由弹簧管决定。所提出的衔铁组件疲劳寿命预测模型,可为伺服阀弹性元件累计力学损伤的定量预测和预防提供理论参考。

螺钉装配应力及应力松弛对压力伺服阀零位影响

力矩马达的螺钉装配应力及其应力松弛会影响压力伺服阀零位及其前置级压力输出性能,为量化分析该影响规律,基于ABAQUS有限元软件对压力伺服阀力矩马达进行装配应力分析,研究力矩马达螺钉装配应力及不同位置螺钉装配应力松弛对压力伺服阀4个零位气隙值的影响。进一步建立压力伺服阀数学模型,在MATLAB/Simulink中搭建的压力伺服阀非线性集总参数仿真模型,以不同位置螺钉应力松弛引起的4个零位气隙变化值作为仿真输入,分析力矩马达装配螺钉应力松弛对伺服阀零位及前置级输出压差的影响。得到对称及非对称位置螺钉应力松弛对压力伺服阀零位及前置级输出压差的影响规律,为压力伺服阀中的螺钉装配工艺改进以及零漂故障诊断提供了理论支撑。

面向飞机刹车压力伺服阀的电磁切断阀开启特性优化研究

电磁切断阀是飞机刹车系统的重要组成部分,电磁切断阀的动态响应对刹车压力快速控制有着重要影响。通过构建电磁切断阀AMESim模型,利用仿真分析研究切断阀的动态响应特性,并找出主要影响因素;为解决切断阀开启过程中负载腔出现的压力振荡现象,通过活塞左端油路添加节流阻尼孔、主阀芯重叠处开先导槽两种优化结构进行仿真分析,发现增加节流阻尼孔,能够降低压力振荡的最大压力值,但是会延长压力上升时间;而阀芯重叠处开先导槽的方法尽管对于压力振荡基本没有影响,但能在一定程度上缩短压力上升时间,加快压力响应,进而实现更快速的刹车压力控制。

加工装配误差影响下偏转射流压力伺服阀静态特性分析

电液压力伺服阀是电液压力伺服控制系统的核心控制元件,广泛应用于航空、航天、军事等领域。区别于流量伺服阀,压力伺服阀在滑阀放大器的设计上多采用带有压力控制容腔的三通阀结构,不同的滑阀结构使得现有的偏转射流流量伺服阀仿真模型难以满足压力伺服阀性能预测的需求。基于AMESim平台建立了偏转射流压力伺服阀的仿真模型,并通过实验对仿真模型进行了验证。验证结果表明,仿真模型能够准确地描述压力伺服阀的静态特性。最后,基于仿真模型分析了压力伺服阀在不同加工装配误差影响下的输出性能差异,仿真结果可为偏转射流压力伺服阀的性能预测和结构设计提供参考。

滑阀副径向卡紧力分布模型与参数灵敏度分析

为寻求提高批量电液伺服阀分辨率一致性的制造工艺方法,针对滑阀副径向尺寸公差范围内参数摄动作用下卡紧力大小的不确定性,建立了径向卡紧力数学模型,获得了径向尺寸参数摄动下的滑阀副径向卡紧力分布特性。建立了工艺参数与径向卡紧力分布特征参数之间映射关系的响应面代理模型,并据此开展了滑阀副径向卡紧力分布特征参数对工艺参数的全局灵敏度分析。结果表明:径向卡紧力服从Weibull分布,改变阀芯圆柱度相比改变径向间隙对滑阀副径向卡紧力影响较小。相比减小径向间隙变动范围,降低径向间隙下限值对提高径向卡紧力一致性更加有效。而相比降低径向间隙下限值,减小径向间隙变动范围对从整体上减小径向卡紧力更为显著。

滑阀副零位内泄漏量分布模型与参数灵敏度分析

针对尺寸参数摄动作用下滑阀副零位泄漏量的不确定性,建立了考虑参数摄动的滑阀副零位泄漏量数学模型,获得了尺寸参数摄动下的滑阀副零位泄漏量分布规律。进一步地,建立了工艺参数与零位泄漏量分布特征参数之间映射关系的Kriging代理模型,并基于代理模型利用Sobol法开展了零位泄漏量分布特性对工艺参数的全局灵敏度分析,最终为减小内泄漏量并提高一致性提供了理论依据。研究结果表明,尺寸参数摄动下的零位泄漏量服从正态分布规律,工艺参数之间的交互作用对滑阀副零位泄漏量分布特性的影响可以忽略不计。同时,相比轴向尺寸工艺参数,滑阀副零位泄漏量分布特性对径向尺寸工艺参数和节流边圆角半径工艺参数的变化更为敏感。滑阀副径向间隙最小值对滑阀副零位泄漏量平均值影响最大,而阀芯的节流边圆角半径最大值对滑阀副零位泄漏量的一致性影响最大。滑阀副内泄漏量实验结果表明零位泄漏量呈现出一定的波动性,与理论模型总体预测趋势相一致。

振动环境下射流偏转板伺服阀弹簧管疲劳强度分析

针对振动环境下伺服阀弹簧管存在疲劳破坏风险且难以量化评估的问题引入牵连惯性力,建立振动环境下射流偏转板伺服阀数学模型,求解弹簧管受力状态及其薄壁根部循环应力值;基于名义应力法,提出了极端振动环境下伺服阀弹簧管疲劳强度校核方法。以某型伺服阀为算例,校核结果表明,通油压时沿阀芯轴向100g简谐加速度环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值275 MPa,小于10^(8)次对称循环疲劳强度(361 MPa);不通油压时沿阀芯轴向RMS为20 g随机振动环境下,弹簧管薄壁根部应力幅值120 MPa,小于对应的疲劳强度(228 MPa);即上述两种极限环境下弹簧管的失效循环次数均大于10^(8)次。进行对应的简谐振动(1.44×10^(7)次循环)和随机振动(5.47×10^(5)次循环)环境试验,弹簧管未发生疲劳破裂,验证该弹簧管疲劳强度校核方法的可靠性。