考虑阀芯阀套径向间隙的对称均等负开口液压滑阀压力特性分析

考虑阀芯与阀套之间的径向间隙,建立具有对称均等负开口量的液压滑阀压力特性数学模型,得到了负开口滑阀的压力特性曲线族及其基本特征,分析了径向间隙和负开口量对滑阀压力特性的影响。结果表明:具有负开口量的液压滑阀的压力特性曲线在阀芯位移等于负开口量处存在拐点,在拐点前假设为层流流动,因此负载压力随阀位移变化曲线是线性的,在拐点后为紊流流动,因此负载压力与阀位移成非线性关系;负开口滑阀可弥补阀芯阀套径向间隙的泄漏量,其压力增益随着负开口量的增加而降低;所建立的数学模型,可为电液伺服阀、高端比例阀以及多路滑阀的研制和分析提供技术支撑。

液压伺服滑阀工作边冲蚀行为及影响因素

液压伺服滑阀阀口工作边易受油液中颗粒污染物的冲蚀作用,诱发伺服阀性能退化。采用阀口工作边淹没射流冲蚀可视化实验和固液两相流数值计算方法,研究颗粒冲击工作边的冲蚀行为及影响因素。结果表明:颗粒冲击工作边的冲蚀行为主要有刮擦-滑动、碰撞-滑动、悬浮-翻转以及边碰行为;1.05 MPa下,边碰行为颗粒的最大速度可达40.41 m/s,冲击能最高,且反弹速度最小仅4.59 m/s,对工作边产生的冲蚀破坏最大;1.2 MPa颗粒冲击比与边碰率比0.9 MPa和1.05 MPa更高,分别为46%和7%;冲击比和边碰率随粒径增大而增加;低黏度油液的冲击比和边碰率大于高黏度油液,黏度为0.01634 Pa·s时分别可达94%和17%。研究结果对揭示液压伺服滑阀冲蚀破坏机理及抗冲蚀设计具有重要意义。

非全周开口滑阀阀控数字液压缸动态特性分析

现有阀控数字液压缸中集成的滑阀通常采用全周开口,其流量增益大、阀芯所受液动力大,严重影响数字液压缸的起动和切换时的动态响应特性。针对6种典型非全周开口滑阀结构,计算了各阀芯节流槽过流面积,确定了在过流面积相同的情况下,一级(U、V、K形)和二级(UU、UV、UK形)节流槽的结构参数;比较了不同结构形式的非全周开口滑阀的数字液压缸在阶跃信号下的响应和阶跃负载扰动的响应。仿真及实验结果表明:相较其他阀口形式,节流槽采用K形及UK形结构时,数字液压缸在阶跃输入信号下的响应较好;而相较于UK形节流槽,阀芯采用K形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的负载刚度更好,速度冲击更小,但活塞无杆腔建立工作压力较慢;阀芯采用UK形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的在相同负载干扰下响应速度更快。

基于Creo的无人机三维布线设计

该文分析三维设计软件Creo/Cabling的线缆敷设方法,包括三维布线的流程和优势,介绍手动布线的5个基本步骤(线束创建、线轴创建、元件设置、线缆敷设和修改布线路径)。并将该方法应用到无人机的电缆布线设计。通过实际布线仿真,针对布线时各步骤需要注意的问题进行详细说明;结合电磁兼容设计的需求,对无人机电缆进行分类,提出无人机三维布线设计中需注意的几个问题,并总结无人机线缆布线的设计原则。

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。

节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响

液压滑阀是液压系统中的关键控制部件之一,其结构简单可靠,易于实现流量、压力控制。但是运行过程中由于热负荷产生的微小变形会导致阀芯卡滞现象的出现。当阀芯发生卡滞现象时,可能会严重降低液压阀的精度和灵敏度。基于热-流-固耦合模型,分析了节流槽形状对液压滑阀卡滞力的影响。首先建立了阀内固定开度流道模型,计算获得了不同节流槽形状下阀内流动特性;其次,将流体分析得到的温度场信息作为边界条件加载到热分析中,得到阀芯上的温度分布特性;最后研究了不同节流槽形状下阀芯间隙的变形量,分析阀芯卡滞的变化,为减小阀芯卡滞措施的研究提供参考。

基于ADRC和模型预测控制的直驱伺服阀振荡抑制研究

直驱伺服阀因构造简单、抗污染能力强、输出功率大等突出优势,逐渐扩展其应用场景。作为飞控系统的关键部件之一,电液伺服阀的特性与可靠性直接关乎飞行性能与安全。本文针对某型航空用双系统直驱伺服阀存在的阀芯振荡问题,探究基于方法的伺服阀振荡抑制策略。建立了该直驱伺服阀系统的部件级数学模型,并与突变液流力模型联合运算;设计了自抗扰控制器(ADRC)和模型预测的复合控制方法,并与传统比例积分微分(PID)控制方法进行仿真对比。结果表明,ADRC和模型预测的复合控制方法对直线电机电流的高频小范围调节可有效抵消突变液流力对阀芯运动的影响,从而为直驱伺服阀在复杂受力环境下的控制器设计提供理论参考。

基于重叠网格的阀芯振荡诱导空化的数值模拟

锥阀作为调压阀在工作过程中受到外部激励作用不可避免的会发生轴向振荡,诱导流场中出现空化现象,空化初生、发展及溃灭与阀芯振荡耦合在一起,导致整个液压系统的压力发生大幅波动。针对这一问题,基于OpenFOAM开源平台二次开发出具有动态重叠网格功能的两相空化流求解器,对阀芯振荡诱导空化现象进行数值模拟,结合实验与数值计算结果得出:阀芯振荡关阀阶段阀腔中油液受到惯性作用向出口流动,产生大范围低压区,在低压影响下促使气核剧烈膨胀,在阀腔下游产生二次空化;阀芯振荡开阀阶段阀口处压力梯度大,压差驱动油液高速通过阀口产生射流,导致阀口处形成射流空化,这将为高性能液压阀的设计提供理论依据。

负载口独立控制阀控非对称缸压力跃变消除方法研究

针对液压同步控制系统中非对称缸换向时产生的压力跃变导致同步控制系统振荡甚至不稳定问题,提出一种基于负载口独立控制阀控非对称缸系统的换向压力跃变消除方法。分析了传统阀、非对称阀和负载口独立控制阀控非对称缸系统产生压力跃变的机理。在AMESim中搭建传统阀与负载口独立控制阀控非对称缸系统模型,在不同系统压力和给定信号下,对比分析了两种系统液压缸位置跟随及换向时两腔压力跃变情况。搭建了负载口独立控制阀控非对称缸系统实验台,验证了该方法的有效性。仿真与实验结果表明,采用负载口独立控制阀控非对称缸系统通过模糊自适应控制算法可以很好地实现位置跟随;可以完全消除非对称缸换向时的压力跃变,减小系统抖动,使得系统动作更加平稳;当液压缸以方波动作时,换向时压力冲击较正弦波动作时大。

大配合间隙下阀芯偏斜对水嘴性能的影响

水嘴作为配水器的核心组件,目前已被广泛应用于注水油田。然而,水嘴在实际应用中会遭遇卡阻,导致阀芯无法正常调节,影响注水的效果。并且在测试过程中,很难观察到阀芯卡阻的细节,并重现这种现象。为了揭示水嘴卡阻机理,对不同开度下大配合间隙、阀芯偏心及倾斜对水嘴性能的影响进行了研究。首先,利用了仿真计算方法,建立了水嘴流体域有限元模型,构建了水嘴理论流量特性计算模型,通过实验获得了流量特性,验证了有限元模型的准确性;然后,分析了不同配合间隙下水嘴的流量特性及阀芯表面压力特征,获得了水嘴关闭时的泄漏量、阀芯受到的轴向力和径向力以及表面流动特征;最后,利用了遗传算法,优化了配合间隙。研究结果表明:大配合间隙使流量调节率曲线明显偏离标准曲线,流量调节率明显降低;水嘴在零开度时的径向力与轴向力最大;当配合间隙为0.05 mm时,泄漏量比间隙为0.25 mm时减少了84.56%;配合间隙对泄漏量的影响最为显著,其次为径向力和轴向力;优化配合间隙能够降低泄漏量和径向力,增大偏心与倾斜角能够降低卡阻风险,提高水嘴运行的可靠性。

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。

TC4钛合金鼓筒锻件锻造模拟及组织预测

采用刚塑性有限元方法和DEFORM-2D软件对TC4钛合金鼓筒锻件锻造过程和等轴初生α相的分布情况进行数值模拟,比较对击锤锻造和液压机锻造2种工艺下的温度场及应变分布情况。模拟结果表明:对击锤锻造易产生类似切削的缺陷,通过设计合适的坯料内侧倾角可以显著改善缺陷形成;液压机锻造成形后的锻件温度分布、应变分布和组织均较为均匀,不易产生锻造缺陷,是TC4钛合金鼓筒锻件成形的较优方式。液压机锻造的TC4钛合金锻件中等轴初生α相含量由心部到边缘逐渐增大,经组织验证,其等轴初生α相分布基本符合模拟云图。

液压圆柱滑阀K-K型节流槽流量面积参数模型

针对K-K型节流槽流量系数复杂时变及结构参数强耦合的特征,采用流量面积参数模型(FAPM),开展了液压圆柱滑阀K-K型节流槽阀口流量压降特性研究。首先,推导出K-K型节流槽阀口面积的数学模型,并将其等效为3个单阶K型节流槽阀口面积的组合形式;其次,基于计算流体动力学(CFD)和响应面模型(RSM),建立了极限饱和流量下K-K型节流槽的FAPM模型;最后,通过对FAPM模型的分析,得到组合型节流槽阀芯结构与流量压降的映射关系。研究结果表明:当入口体积流量大于7.31 L/min时,满足极限流量饱和条件,此时流量系数与入口体积流量无关;当入口体积流量分别为20、30、50 L/min时,FAPM模型预测的K-K型节流槽阀口压降与CFD仿真值的平均误差均控制在7%以内。该模型完成了对K-K型节流槽阀芯结构的近似表达,并可应用于其他类型的组合型节流槽。

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。

基于LPV模型的三轴燃气轮机自适应滑模控制研究

鉴于燃气轮机线性化模型容易在大工况范围丢失实际燃机的动态特性,以及燃气轮机传统的单变量叠加控制在提高控制效率和控制系统鲁棒性上的局限性,本文以高压转子转速为调度变量建立三轴燃气轮机的线性变参数(LPV)模型,从而在建模复杂程度和模型精度上获得较好的平衡。在此基础上,提出了基于摄动矩阵上界估计和外部干扰上界估计的三轴燃气轮机自适应滑模控制。该控制可通过自适应参数实现对系统摄动矩阵干扰和外部干扰的合理估计,从而抑制干扰造成的影响。通过仿真实验分别研究了摄动矩阵干扰和外部干扰下的LPV滑模自适应控制,验证了其较好的动态响应性能和鲁棒性。

数字先导燃油计量滑阀无模型滑模控制研究

为提高传统电液伺服阀先导驱动燃油计量滑阀结构的可靠性与动态性能,提出一种数字阀阵列和节流孔组合先导驱动燃油计量滑阀的新构型。在深入分析燃油计量滑阀工作原理基础上,搭建其非线性数学模型,并基于滑阀位移实测数据对数字阀的流量系数进行辨识。不同占空比脉宽调制(PWM)信号下的阀芯位移仿真与实验结果基本一致,验证了模型的准确性,同时揭示了阀芯位移的振荡规律。幅频特性测试结果表明,该燃油计量滑阀在跟踪±50%全行程时的-3 dB幅频宽达到16.5 Hz。进一步地,提出一种不依赖于对象模型的无模型滑模控制算法,结果表明,在跟踪轨迹x=4.5sin(2πt)时,与PID控制相比,无模型滑模控制器的最大误差、平均误差以及误差的标差分别减少45.1%,15.4%,23.3%。

操作系统中SPOOLING系统的分析与实现

如何实现低速字符设备与CPU或内存进行合理高效的信息交换是操作系统面临的一个常见问题。本文分析了SPOOLING系统在解决假脱机问题上相对于批处理和脱机方式的优点,并提出了如何在现有操作系统下对假脱机实现的初步构想。

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。

双阀芯先导笼式调节阀的设计仿真与试验

为解决高温高压工况下调节阀的不平衡力及密封力难以达到所需泄漏等级的问题,设计了一种大阀芯和小阀芯分段配合工作、充分利用阀前介质压力增加阀座密封力的双阀芯先导笼式调节阀。文中给出了调节阀的不平衡力计算公式、流量方程,分析了其流量特性,并对阀内流体的流动进行了仿真,分析了流体流过调节阀后的压力损失;对大阀芯内腔进行了流体流动仿真,分析了阀前压力、内腔温度以及密封力的变化;对大、小阀芯进行了运动仿真,分析了执行器驱动力、阀芯轴向合力和大阀芯速度的变化。常温介质阀体耐压试验和阀座泄漏量试验结果表明,阀体均无可见泄漏和变形,泄漏量设定为10滴/min时,3次实测泄漏量分别为1、1和2滴/min。高温介质阀座泄漏量试验结果表明,泄漏量设定为1.275 mL/min时,250℃高温水蒸气的3次实测泄漏量分别为0.11、0.11和0.13 mL/min,300℃高温水蒸气的3次实测泄漏量分别为0.19、0.19和0.22 mL/min,实测泄漏量均小于设定值。文中提出的双阀芯先导笼式结构增强了调节阀的密封力,阀体耐压强度和阀座密封性能均满足使用要求。

转速-功率耦合摩擦通断式负载对涡扇发动机性能影响研究

针对传统航空发动机采用的高压轴功率提取方式容错能力低且功率输出能力不足,以及负载装置长时间运转等问题,提出了一种带离合装置的涡扇发动机低压轴功率提取方案,建立了系统耦合模型,搭建了整机试验系统并提出了试验方法。采用数值计算和试验验证相结合的方法,研究了转速-功率耦合摩擦通断式负载对涡扇发动机性能的影响。研究结果表明:涡扇发动机低压轴具备大功率提取能力,且发动机低压轴带负载起动、高低压轴大转速差运转等技术路径可行,但存在排气超温和压缩部件稳定裕度下降问题;降低负载功率、延长作动时间、选取适合的压紧力值并考虑安全裕度1.5、在发动机低状态作动等措施,有利于发动机在离合装置作动过程的安全运转;建立的系统耦合模型具有良好的仿真精度,稳态和动态计算误差均小于6%;试验方法合理有效,试验验证过程中各参数良好,可为其他类似相关试验提供参考。