煤液化调节阀流场演变特性的测试与分析

利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,简称PIV)和涡量分析原理对调节阀不同工况下的流场信息进行测量,研究了进口压力对液压调节阀速度场、涡量场及湍动能的影响。结果表明:调节阀节流口处有对冲射流,其在阀芯头部下游汇合后形成向下游的整体喷射;节流口下游的油液轴向速度先减小后增大,在喉部末尾处附近趋于稳定;在靠近壁面区域油液径向流动速度都较低,在流道中心区域流动速度较高;阀芯头部和下游流道存在由速度梯度引起的介质回流旋涡,高涡量区域主要分布在阀芯头部和壁面处,强的正涡与负涡呈2条斜形宽带分布;阀芯头部为高涡量区且具有贴壁特征,壁面附近高涡量区向下游延展;随着调节阀进口压力的增大,阀口流量、流场高速分布区域、旋涡的强度和尺度以及湍动能均随之增大。

基于Kriging插值代理模型的轴流式止回阀多目标优化

基于Kriging插值代理模型,对轴流式止回阀的各项性能进行综合优化,具体的优化目标为:降低正向流阻;减小阀芯振动;提升止回性能。通过试验设计方案找到影响轴流式止回阀正向流阻的主要结构参数因素,并以其作为优化对象,通过Kriging插值法拟合主要结构参数对应的性能样本点,在保证拟合精度的情况下,使用NSGA-II遗传算法同时对3个主要结构参数进行多目标优化,得到了三目标Pareto前沿,经过权衡不同因素对性能指标的影响大小,最终得到了综合性能最优的结构参数为:阀瓣丰满度系数α_(1)=2.199,阀芯长度L=386.322 mm,阀芯半径R=113.997 mm。其对应的止回阀性能为:正向出口流量Q=161.839 kg/s,正向出口流速v=3.30235 m/s,止回阀进口压力p=97632.2287 Pa。相比优化之前,阀门正向流阻减小了1.2%,阀芯振动降低了0.24%,止回性能提升了2.3%。

不同结构参数对高速开关阀液压力的影响研究

因其具有价格低廉、抗污染性强等优点,高速开关阀已被广泛运用到各种车辆的制动系统中,其动态性能直接影响到车辆的制动效果,而阀芯所受的液压力是决定高速开关阀动态特性优劣的关键参数。针对不同参数对高速开关阀液压力的影响,以及实际工程中阀芯液压力难以测量的问题,采用计算流体动力学(CFD)对高速开关阀进行了数值模拟。首先,基于有限体积法(FVM),建立了不同开度、压差、温度、以及结构参数(阀座节流孔直径和锥角)的三维仿真模型;然后,对比不同网格数量的仿真结果,排除了网格数量对于仿真结果的影响,并详细分析了各参数对液压力的影响,得出了高速开关阀液压力与各参数之间的变化规律;最后,采用响应面分析结合遗传算法对开关阀的结构参数进行了优化。研究结果表明:随着阀芯开度的增加,节流区域发生了转变;较大的压差会导致液压力产生较大幅度的变化;相较于高温,低温对液压力有着更加显著的影响;对结构参数进行优化后,最小开度的液压力提高了49.2%,提高了阀控制稳定性,为高速开关阀线性控制设计提供了理论基础。

磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响

滑阀流道呈现一种非对称且变化的复杂流道,阀内形成湍流流动,致使阀芯表面受到不均匀压力作用,形成不平衡力,导致阀芯出现倾斜,增加阀芯卡滞的风险,影响滑阀正常工作。针对这个问题,研究了阀体偏心沉割槽对滑阀阀芯径向不平衡力的影响。首先,简化了滑阀流道模型,采用数值模拟方法建立了滑阀瞬态流动分析模型;然后,基于伯努利效应,分析了不同偏心沉割槽时阀芯表面不均匀压力分布规律;最后,获取了不平衡力计算公式,研究了不同沉割槽偏心距对阀内流动特性、阀芯表面受力及径向不平衡力的影响。研究结果表明:采用偏心沉割槽结构减缓了出口段阀芯下表面区域的湍流程度,有效降低了阀芯径向不平衡力的大小;沉割槽偏心距为1.92 mm时,阀芯受到的不平衡力最小,相对于无偏心沉割槽,径向不平衡力在开度为0.5 mm时减小了77.63%,开度为1.5 mm时减小了50.18%,有效减缓了阀芯的倾斜程度。该研究结果对阀体沉割槽设计及阀芯不平衡力抑制方法的研究具有一定参考价值。

基于多传感器信息融合和CNN-BIGRU-Attention模型的液压防水阀故障诊断方法

在建筑工程领域,尤其是在工程搅拌设备中,涉及到复杂液压工作介质,液压防水阀往往会出现不同程度的故障。此外,恶劣的工作环境和复杂的噪声背景使得对液压防水阀的故障进行诊断变得困难。为了解决这一难题,提出了一种基于多传感器信息融合和卷积神经网络-双向门控循环单元-自注意力机制(CNN-BIGRU-Attention)模型的防水阀故障诊断方法。首先,考虑到单一传感器振动信号难以充分表达故障特征,该方法使用了3个传感器采集含噪声的振动信号,并进行了必要的预处理;其次,提取了信号的16个时域特征、5个频域特征以及3个时频域特征,并利用熵权法进行了特征融合,达到了增强特征的目的;然后,将融合的多维特征集输入到CNN-BIGRU-Attention模型中进行了特征识别;最后,利用实际的液压防水阀故障诊断实验,验证了该方法的有效性。研究结果表明:采用多传感器提取的特征更为全面,信息融合有助于捕捉更完整的隐藏数据特征,从而显著提高诊断的准确率;相较于其他特征识别方法,采用CNN-BIGRU-Attention模型的液压防水阀故障诊断准确率可分别提高6.7%、4.6%和14.2%,达到了96.86%,证明了该方法的有效性。该方法将先进的机器学习技术与实际工程应用相结合,为建筑工程问题提供了一种新颖、有效的解决方案。

基于均值孔隙介质层的阻尼孔壁面摩擦效应研究

阻尼孔广泛用于各种液压机械系统,其孔径通常在0.3 mm到2 mm之间,这种微小流道的流动不同于常规管道,壁面粗糙度对其流动特性有重要的影响。针对这一问题,以安装在液压电磁换向阀中的阻尼孔为研究对象,采用均值孔隙介质层(PML)模拟了阻尼孔的壁面粗糙度。首先,建立了阻尼孔的物理模型,使用ICEM CFD软件对模型进行了网格划分;然后,构建了流体控制方程以及PML动量方程,求解出了黏性阻力系数和惯性阻力系数;最后,采用了流体仿真软件Fluent,分析了壁面粗糙度对阻尼孔流体流动特性、流体完全发展距离长度以及流体温升的影响。研究结果表明:仿真所得阻力特性与文献中实验所得阻力特性结果一样,采用PML表征壁面粗糙度的方法可行;由于壁面粗糙度,阻尼孔中的流体受到的阻力增大,导致从阻尼孔入口至出口压降增加了2.25%;相同边界条件下,含PML的阻尼孔比光滑阻尼孔的完全发展距离长0.1 mm左右;壁面的发热量平均提高了1.5%。

振动环境下直动式溢流阀的防压力波动可靠性分析

液压装备工作环境复杂,其中不乏存在振动、冲击等不利因素,这些因素与不确定性因素耦合极易引起溢流阀调定不当从而造成液压装备失效。针对此问题,考虑不确定性因素的影响,提出了一种直动式溢流阀防压力波动可靠性分析模型。通过适当简化建立了溢流阀在振动环境下的数学模型,并以调定压力波动幅值是否超过国标规定值为判别条件,构建了溢流阀压力波动失效的功能函数。考虑到功能函数为强非线性隐式,将MATLAB/Simulink仿真与主动学习Kriging模型相结合建立溢流阀防压力波动可靠性分析方法,并得到了振动环境下溢流阀压力波动失效概率。所得结果不仅为溢流阀的可靠性评估和设计优化提供了新的指导,还对发展液压相关元件可靠性技术具有一定的学术价值。

大采高液压支架插装式安全阀动态特性影响因素分析

大采高液压支架需要有大流量、大功率的安全阀配套,为此提出一种适用于大采高液压支架的插装式安全阀。通过对插装式安全阀的结构及工作原理的分析,建立AMEsim 16.0仿真模型并进行仿真,对先导阻尼孔径、插装阀弹簧刚度、插装阀阀芯质量、插装阀溢流孔径等关键参数进行设置并仿真计算。得到插装式安全阀工作时的压力、流量、阀芯位移等动态特性曲线;结果表明:插装式安全阀控制的液压支架液压系统通流能力大,动态响应较快;得出了各参数对插装式安全阀动态特性影响规律,此研究对研制和改进大采高液压支架工作特性具有重要的研究意义。

由一起液压缸漏油故障谈节流调速回路的应用

通过对液压缸的工况和控制原理进行分析,发现造成液压缸漏油的原因是叠加式节流阀使用不当。结合液压系统控制原理和现场升降挡板控制阀台的实际结构进行改造,在回路上增加一个叠加式减压阀,减小液压缸背压,降低无杆腔压力。改造完成后,升降挡板动作平稳,再未出现漏油现象。

基于大流量止回阀实验系统的快速预测模型

针对传感器在数据获取中的局限性和无法用于对实验系统进行全面的数据收集问题,对大流量止回阀实验系统的快速预测模型技术进行了研究,建立了实验系统的快速预测模型,进行了快速预测模型的结果分析。首先,搭建了实体模型,根据大流量止回阀实验系统的结构,结合实验系统的工作原理对其进行了简化,并进行了有限元分析;然后,利用快速预测模型的关键技术构建了实验系统数据库,进行了实验系统的样本采集;通过比对不同机器学习算法的预测准确率,选择了随机森林算法,并建立了实验系统内压与应力应变的关系;最后,进行了快速预测模型的结果分析,并完成了实验系统整体预测实验和实验系统部件单独预测实验。研究结果表明:采用随机森林(RF)算法建立的快速预测模型,拟合优度(R 2)达到了0.99,相较于深度神经网络(DNN)算法和梯度提升树(GBDT)算法,拟合优度(R 2)提高了68.97%和51.47%。实验系统整体预测与实验系统部件单独预测的对比试验结果表明:整体预测模型的预测速度更快,且精度可以达到97.43%。

基于AMESim的电液执行系统流量匹配阀结构参数优化

以应用于某电力系统中电力开关精密控制的电液执行系统为研究对象,针对其工作特性不满足工程实际需求的问题,从其关键组成部件——流量匹配阀的结构参数研究入手,对电液执行系统的工作特性进行了理论分析、仿真分析以及试验测试。首先,对阀门内部结构和系统工作原理进行了分析;然后,建立了该电液执行系统的数学模型及仿真模型,经试验验证了该仿真模型的可行性与准确性;最后,探究了流量匹配阀的单因素结构参数对电液执行系统工作特性的影响规律,设计并进行了正交试验,得到了可选范围内的最优结构参数组合方案。研究结果表明:流量匹配阀的阀座钢球密封弹簧预紧力、阀座钢球密封弹簧刚度以及阀口初始遮盖量等结构参数对电液执行系统的工作特性都有重要影响,最优结构参数方案相较于原方案,系统的响应时间由133 ms缩短为42 ms,定位精度由0.261%提高至0.096%,可有效缩短系统响应时间,提高系统定位精度,满足工程实际需求。

改进矩形节流槽滑阀阀口的流量特性仿真分析

针对滑阀的静态特性能够影响液压伺服系统性能的问题,主要采用软件模拟仿真的方法分析了在滑阀阀芯台肩处设置改进矩形预开口的情况下,获得随着阀芯位移的变化阀芯内部流场的压力、流速以及流量的分布规律,从而得到阀芯的应变情况,得出不同过流面的压力及流速变化规律,并仿真分析了在无预开口情况下对应的压力,流速,流量等参数的分布情况,分析了在开设圆形预开口与无预开口情况下对液压阀流量增益的影响。仿真结果表明滑阀采用改进矩形槽结构之后,能明显改善其内部的流场分布、有效减小了阀芯变形,从而提高换向阀的动静态性能。

基于三维数值仿真的球式配流阀阀口空化流场特性研究

针对球式配流阀在配流过程中阀口出现的空化问题,建立三维流域仿真模型。结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型和湍流黏度修正后的重整化群κ-ε湍流模型对球式配流阀空化现象进行数值模拟,通过典型工况下流场体积分数云图与气相等值面图,揭示阀口空化强度及空泡形态的周期性演变规律,并基于速度场和压力场分析,阐明空化周期性演变过程中的流场特性。同时探究阀口开度、入口压力和背压对空化流场的影响规律。结果表明:球式配流阀阀口空化特性受开度影响,开度越大,空化范围与强度越小,周期性的空化流场演变在开度超过0.3 mm后不再出现;背压的增高使空化区尾部无法向出口发展,抑制了流场空化范围,同时降低了流场周期性脉动频率;增大入口压力将加快阀口空化初生速率,当开度超过0.4 mm后,入口压力对阀口空化强度影响减弱。

先导式溢流锥阀外锥形阀口结构气穴特性数值分析

为了研究先导式溢流锥阀主阀阀口结构参数对阀口抗气穴性能的影响,基于CFD方法,采用Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,改变阀口结构参数并分析各阀口的压力和气相体积分数的变化规律,提高阀口的抗气穴性能。结果表明:将阀套内锥面向入口端延伸后,阀口脱流区的压力恢复效果更加显著;另外,环形槽结构对阀口抗气穴性能的影响较大,经对比可知,在保持环型槽结构的轴向位置、长度和深度不变的前提下,45°起始边倾角对应的环形槽结构具有最佳的抗气穴性能。

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。

负载敏感多路阀阀芯组合节流口的空化研究

针对负载敏感多路阀阀口空化严重的现象,利用Fluent中的多相流模型对多路阀阀芯U+U型组合节流口的空化现象进行仿真分析,通过Solidworks建立具有不同长度C、宽度R、深度b的组合节流口三维模型,将节流口三维模型在Workbench中进行流道抽取,采用Fluent对抽取的流道模型进行模拟仿真,通过对36组数据对比分析,得到了大U型槽的深度、宽度、长度对多路阀阀芯节流口处气体体积分数值的影响规律。

PMC9号机转塔问题的处理及伺服阀的国产化

PMC9号机转塔在2008年数控系统技改后,由于电气控制系统与液压控制系统的不匹配,引发了一系列问题,阻碍了生产的顺行。针对存在的问题,制订了修正措施并组织实施,系统纠正后,设备运行良好,产能逐步发挥,同时为统一各机床伺服阀备件选用国产伺服阀,取得了积极的效果。

采用单向流固耦合法的高压多路阀变形分析

针对高压多路阀体变形量受阀体内部流道中高压流体影响大的现象,采用Workbench中的单向流固耦合方法对高压多路阀体进行变形计算。采用Solidworks建立负载敏感多路阀装配体的三维模型,对三维模型进行网格划分,采用workbench计算平台对多路阀流体域和固体域进行耦合计算,对多路阀阀体结构进行计算研究。计算结果显示,多路阀体最大变形位于压力补偿腔流经换向阀腔的位置,最大变形量随着开口量增大而增大,当压力为35 MPa,开口量为5.7 mm时,最大变形量为4.49μm,阀体材料最大应力值和应变值分别为189.5 MPa和9.27×10^(-4).

基于深度卷积神经网络的单向阀泄漏模式识别

以SV10PB1-30B液控单向阀为研究对象,利用传感器采集3种不同泄漏模式下10个阀芯的振动信号,设计深度卷积模型,开展不同测点(单向阀的上表面和阀座)、不同信号特征提取方式(原始信号、特征值、特征图)下的模式识别研究。结果表明:基于轴向冲击信号特征值和深度卷积神经网络的模型能有效识别故障类型,验证集上的识别准确率高达88.293%,是基于特征图的7.79倍,是基于原始时域冲击信号的1.16倍;训练步数以100的较优,同时该模型对正常阀芯和不同损伤阀芯的分类效果明显。