A New Type of Continuously Variable Displacement Mechanism Used for Hydraulic Motors

A continuously variable displacement mechanism, which is composed of a hydraulic control valve with mechanical-positional feedback to camshaft, was designed for changing the displacement of traditional camshaft connecting-rod low speed high torque (LSHT) hydraulic motor continuously. The new type of continuously variable displacement mechanism is simple and easy to be made. The structure and principle of a continuously variable displacement mechanism was introduced. The mathematic model of the continuously variable displacement mechanism was set up and its static and dynamic characteristics were analyzed with the help of computer simulation. It can be seen that the cam ring on camshaft of the traditional LSHT hydraulic motor can stop at any position between minimum and maximum eccentricity, according to an input fluid pressure signal. And it can also stay anywhere stably through self-adjusting. Besides, it can work stabilized when load impact or oil leakage exists.

泵/马达困油现象充分缓解的等排量大模数方法

为了充分缓解外啮合齿轮泵/马达困油现象,在确保产品输出能力不变的等排量前提下,分析模数对困油腔内的负荷流量、泄漏流量和卸荷流量的影响,提出了一种等排量大模数的设计方法,并基于这3种流量的瞬时平衡和同齿形参数、不同模数下卸荷面积的演绎计算,计算出困油压力并由此判断出困油现象的缓解程度。结果表明,对于给定的齿轮副和工况条件,等排量下的齿宽系数反比例于模数的3次方,模数越大,困油现象越趋于缓解,且径向力越小,但齿宽系数越小;同齿形参数、不同模数下的卸荷面积等于模数的平方乘基准模数为1下的卸荷面积,从而为同齿形参数、不同模数下的卸荷面积计算,提供了极大方便;卸荷槽外通的进出口压力互为颠倒,导致泵较马达的困油现象更严重,但等排量小模数马达同样也会出现较为严重的困油现象。得出了选择最大化/较大的模数应为泵/马达的设计准则的重要结论。

变速抽水蓄能电机在发电工况不同转速下磁场和损耗研究

本文对变速抽水蓄能发电电动机的电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程进行了推导,并建立了10MW变速抽水蓄能发电电动机二维电磁场的数学方程和物理模型,对变速抽水蓄能发电电动机的电磁场数学方程进行了计算,得到了变速抽水蓄能电机在发电机工况下超同步速时定子电压和定子电流的波形,分析了变速抽水蓄能电机在发电机工况下不同转速时磁密的分布规律,研究了不同转速下定子铁芯损耗和转子铁芯损耗占总铁芯损耗比例的变化规律。搭建了10MW变速抽水蓄能发电电动机样机试验测试平台,通过试验测试得到的结果与计算结果较为接近。

变排量液压马达旋转驱动系统角位移控制技术

变排量液压马达旋转驱动系统具有效率高、响应快、高负载匹配性、低功率需求等优势,能够大幅提高飞机液压旋转驱动系统的效率。为实现对变排量液压马达旋转驱动系统的精确控制,需开展系统角位移控制技术研究。建立了系统的数学模型,搭建了AMESim仿真模型,分析了系统的运动特性及频域控制特性,提出了由排量回路、转速回路和角位移回路组成的三闭环串级控制方案,研究了不同控制参数对系统控制特性的影响。研究结果表明,双闭环控制无法满足旋转驱动系统的稳定条件,三闭环控制引入转速负反馈克服了双闭环控制中角位移对转速的正反馈效应,增大了位置回路的阻尼,能实现系统稳定控制。同时研制了原理样机并进行了测试验证,测试数据表明,三闭环控制方案能实现旋转驱动系统高精度位置控制,为变量马达在飞机液压旋转驱动系统中的应用提供了参考。

锥形缸体轴向变量柱塞泵建模及动态特性仿真

柱塞泵是液压系统的重要部件之一,具有结构紧凑、工作压力高、效率高等特点,在工业领域有广泛应用.但是,由于我国液压技术的发展起步较晚,当前高端柱塞泵严重依赖进口,因而对柱塞泵进行研究、推动其自主生产具有重要价值.本文对柱塞泵进行了AMEsim仿真研究,试图为自主设计制造柱塞泵时关键参数的设置与结构优化提供一些指导.根据PD11V高压变量柱塞泵的结构特点和工作原理,本文分析计算了其锥形缸体结构柱塞泵柱塞的空间运动方程,对其中的关键零部件配流盘进行了过流面积计算,利用AMEsim仿真软件建立了九柱塞锥形缸体柱塞泵的仿真模型,然后仿真研究了不同斜盘倾角及电机转速对柱塞泵出口流量压力特性的影响.结果表明,适当减小斜盘倾角并选择合适的电机转速可以减小泵运行过程中的噪声.最后,本文根据变量机构伺服控制回路原理进行了AMEsim建模与仿真,将电气正流量恒功率压力切断控制模型各部分的仿真结果与实测参数进行了对比,结果表明输出控制特性曲线符合变量机构的设计和功能要求,验证了仿真模型的准确性.

LS-2600五缸钻井泵设计与应用

针对现有应用于超深井、复杂井石油开采的三缸钻井泵存在的效率低等问题,研制了一种大马力、单电机、五缸钻井泵。通过变频电机的选型,设计了与之匹配的减速箱、动力端总成及液力端总成,并配置有控制系统、喷淋系统、动力端润滑系统和在线监测系统,从而实现钻井作业。通过样机试制、厂内型式试验及胜利油田工业性试验,对五缸钻井泵性能、稳定性和可靠性进行充分验证,试验期间设备运行良好、性能可靠、各系统稳定可靠、各项参数均满足设计要求。试验表明,该五缸钻井泵对钻井提速提效、节能减排、井下压力安全控制等效果显著,具有较好的市场前景及推广价值。

球形泵变转速下空化特性及性能分析

球形泵是机电产品中的一种新型结构泵,空化现象仍然是影响水泵性能的重要因素。针对球形泵在工作时因转速所导致的空化问题,对变转速下的球形泵的空化特性及性能进行了研究。首先,采用计算流体动力学方法,并运用动网格技术,模拟了球形水泵的内部流场;然后,根据模拟仿真结果分析了转速对工作腔内空化过程的影响,获得了水泵容积效率的变化规律;最后,根据模拟结果对球形泵吸液口进行了改进。研究结果表明:球形泵工作时产生的空化现象主要发生在吸液阶段;在吸液初期与末期,较小的吸液口面积会造成工作腔内的液体压力迅速下降,吸液孔口附近和工作腔中部区域发生较明显空化;高转速时,较大的工作腔容积变化率导致空化加剧,容积效率先增大后减小;当转速为500 r/min~3000 r/min时,吸液末期腔内空化体积分数为1.01%~8.08%,球形泵容积效率为91.16%~85.51%;改善吸液口可以增大进液通道的有效工作面积,容积效率由85.51%提高至90.15%。该研究可为新型球形泵的优化设计提供参考。

变转速变排量双动力源泵阀协同电液系统特性分析

针对起重机阀控系统响应快但能耗大,泵控系统效率高但控制精度低的问题,提出了一种变转速变排量双动力源泵阀协同的多执行元件电液系统。首先,提出了一种多模式控制策略,即在单动作微动模式下,其中一个动力源卸荷,由于系统小流量时动态响应较慢,因此小流量时采用双变量模式控制系统,通过阀芯位置自适应调节和动力源的压力闭环控制,实现了流量精准匹配的目的;其次,在单动作快速运动模式下,双动力源合流驱动单执行元件,通过控制电液动力源相关参数,补偿了因负载变化引起的泵泄漏量,以实时控制执行元件速度;在复合快速运动模式下,双动力源分流单独驱动多执行元件,通过调节单个动力源的相关参数来实时控制各执行元件速度,以及实现系统流量比例分流的目的;然后,建立了系统AMESim-Simulink的联合仿真模型与试验平台;最后,对该系统在同一设定压差下的不同设定流量的控制特性进行了仿真和试验分析。研究结果表明:该系统能实现负载变化时对流量的补偿目的,并且该系统与定转速变排量泵阀协同液压系统相比,在单动作微动模式下的流量控制精度优化了约14.76%,动态响应时间减少了约0.12 s;在单动作快速运动模式下,流量变化减小了约6.21%,系统能耗降低约了13.94 kJ;在复合快速运动模式下,系统能耗降低了约50.31 kJ;同时,该系统比传统抗流量饱和负载敏感系统具有更好的流量稳定性。

基于改进NSGA-Ⅲ算法的抽油机井群控变频启动技术

为提升抽油机井群控变频启动运行的安全性,增加抽油机井的抽油量,研究基于改进NSGA-Ⅲ算法的抽油机井群控变频启动技术,降低变频启动的电压偏差,通过分析抽油机井群控变频启动条件,明确降低抽油机井群控变频电机与供电管网的电压偏差可以降低变频启动时的冲击电流,提升变频启动运行的安全性。以最小电压偏差与最大抽油量为目标函数,建立抽油机井群控变频电机启动转速确定模型;在NSGA-Ⅲ算法引入参考点选择策略,得到改进的NSGA-Ⅲ算法;用改进NSGA-Ⅲ算法求解转速确定模型,得到最小电压偏差与最大抽油量对应的变频电机启动转速;根据合闸时刻变频电机的相角差,得到变频电机合闸指令,并按照确定的转速启动抽油机井群控变频电机。实验证明:该技术可有效求解抽油机井群控变频电机转速确定模型,且反转世代距离较小、超体积较大,即该技术的收敛性与分布性较优;该技术可有效启动抽油机井群控变频电机,平均抽油量15.8 t/d,最大电压偏差260 V(DC)。

静液压驱动系统性能仿真与分析

根据拖拉机静液压驱动系统泵控马达闭式回路的结构特点,提出了静液压驱动系统速度控制方案,完成了变量泵的电液比例排量调节机构的设计和选型,并运用AMESim软件仿真验证了阀-变量泵联合伺服速度控制系统方案的可行性和控制效果。

基于AMESim和Simulink联合仿真的定量泵-变量马达系统转速控制研究

本文使用了AMESim和Simulink软件构建了定量泵-变量马达系统仿真模型,用于定量泵-变量马达系统的分析,并采用Simulink为主的联合仿真方法。进行了PID和模糊PID两种控制策略的比较研究。结果表明,与传统PID控制相比,模糊PID控制策略在系统响应时间和稳定性方面表现更出色,尤其在恒转速控制方面表现更佳。

引流发动机高压煤油的泵控式伺服机构设计与试验

针对航天大推力液体发动机推力矢量控制的需求,提出了引流发动机高压煤油的泵控式伺服机构方案,高压煤油驱动液动机恒速转动,由小功率机电伺服机构控制变量泵的调节机构,实现变量泵输出流量大小和方向控制,完成泵控式伺服机构精确位置输出。研制了高集成一体化泵控式伺服机构样机,建立了系统数学模型,进行了仿真分析和试验测试,-3 dB幅频带宽可达53.5 rad/s,-45°相频带宽可达28.5 rad/s。表明,泵控式伺服机构具有良好的频率特性,满足发动机推力矢量控制的需要。

变转速泵控马达自抗扰控制

变转速泵控系统具有动力学阶数高、强非线性、参数时变等控制难点。建立了交流永磁同步电机驱动的变转速泵控马达系统的完整数学模型。在模型简化的基础上,引入串级系统的思想设计自抗扰控制器。通过PID控制和自抗扰控制的对比仿真研究,验证了自抗扰控制器的控制性能。仿真结果表明,自抗扰控制器能较好克服系统阶数降低的影响,不但在基本恒定负载下响应快、跟踪精度高,而且在突变力矩干扰下时,展现出较好抗干扰能力。

斜盘式轴向柱塞泵伺服变量特性

伺服变量是斜盘式轴向柱塞泵常用的变量方式,将直接影响到泵的整体性能。伺服变量技术原理复杂,目前仍是阻碍我国斜盘式轴向柱塞泵发展的关键技术。针对高压轴向柱塞泵研发试验过程中遇到的变量压力冲击较大、无法完全制动等,深入研究探索不同因素对变量特性的影响。将动态过程分为启动过程、回位过程、制动过程和制动恢复过程,利用系统建模仿真AMEsim软件建立变量机构数值模型,并通过压力曲线试验和仿真结果对比证实模型的有效性。在不同进口阻尼、回油阻尼、回位弹簧刚度条件下,对伺服变量系统进行了数值模拟。研究结果表明:进口和回油阻尼对变量动态过程均产生影响,弹簧刚度主要对制动过程有影响。

基于RBF网络自适应滑模的非对称泵抗扰控制

针对非对称泵样机变排量试验中柱塞对斜盘冲击引起明显的斜盘角度波动现象,以及理论推导的控制系统模型存在误差问题,提出采用鲁棒性较强的RBF网络自适应滑模算法进行变排量抗干扰控制。非对称泵配流盘具有3个不同的串联配流窗口,柱塞经过配流窗口产生不对称的冲击力作用于斜盘,其可视作干扰信号。通过Simulation X和Simulink联合仿真,对比在40 Hz下的变量阻力矩作用下常规PID控制、普通滑模控制和RBF网络自适应鲁棒滑模控制的斜盘摆角响应特性。仿真结果表明:采用RBF网络自适应鲁棒滑模控制,其柱塞腔压力峰值和斜盘摆角的脉动相对于PID控制分别降低了5%和39%,相较于普通滑模控制分别降低了2.51%和4%,其流量的波动与斜盘摆角一致。抗干扰控制算法提高了系统的动态响应特性,削弱了系统的抖动。

新型液压机械双流传动模式切换分析与控制研究

以自主开发的新型液压机械双流传动(HMT)系统为研究对象,分析了HMT系统的结构与工作特性。在此基础上,建立了HMT模式切换过程的数学模型与AMESim模型,并进行传动模式切换过程分析,获得HMT传动模式切换特性的影响因素。针对HMT模式切换过程存在的功率循环问题,提出了考虑功率循环的HMT模式切换策略。针对HMT模式切换过程中的速度波动问题,提出了基于马达输出转矩补偿的模式切换控制方法。仿真与试验结果表明:考虑功率循环的HMT传动模式切换策略可有效减小循环功率;基于马达输出转矩补偿的模式切换控制可有效减小速度的大范围波动。

炼油厂泵类设备振动检测相关标准应用总结

介绍了某炼油厂泵类设备的振动监测现状,分析了不同振动检测标准与实践相结合时存在的问题,提出:常规离心泵的振动检测采用GB/T 29531—2013《泵的振动测量与评价方法》,非重要水泵采用GB/T 6075.7—2015《机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第7部分:工业应用的旋转动力泵(包括旋转轴测量)》,往复式容积泵采用GB/T 13364—2008《往复泵机械振动测试方法》,小功率其他容积式泵采用API Std 676—2009《回转式容积泵》中关于振动限值的要求,柴油机驱动泵采用GB/T 10397—2003《中小功率柴油机振动评级》,功率大于15 kW的电机采用GB/T 6075.3—2011《机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动第3部分:额定功率大于15 kW额定转速在120 r/min至15 000 r/min之间的在现场测量的工业机器》,功率小于15 kW的电机采用GB/T 10068—2020《轴中心高为56 mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值》。对不同泵型的泵采用与之对应的振动检测标准,不但可以满足设备的管理需要,而且能避免设备的过度维修、提高企业的设备管理水平。

基于“海院1号”蓄能发电系统的AMESim建模分析

基于“海院1号”振荡浮子式波浪能发电装置的发电原理,设计了2个蓄能器交替工作来实现电能的稳定输出,并利用AMESim软件对蓄能发电系统进行建模仿真,研究系统中不稳定的压力油进入蓄能器,释放出稳定压力油来驱动双作用定量马达+双作用变量马达发电机组运转输出电能的过程。探究了在不同参数设置下蓄能器的压力变化和液压马达的转速变化,根据建模分析得出在输入信号频率5Hz、蓄能器容积50L、马达排量0.10L/r时,该波浪能发电装置能连续稳定地输出电能,证明了该发电装置存在2个蓄能器+2个液压马达发电机组的可行性与合理性,为“海院1号”波浪能发电装置的进一步参数优化提供参考。

阀芯配合间隙对液压泵变量特性影响研究

以大排量液控式轴向柱塞泵变量为研究对象,分析了柱塞泵变量机构工作原理和阀芯配合间隙对变量机构的关系,采用AMESIM模型分析了机液伺服阀配合间隙对变量机构动态特性的影响,试验测试了不同机液伺服阀配合间隙时,液压泵变量机构响应时间,并优化了机液伺服阀双侧配合间隙值。该研究对大流量液压元件配合间隙的设计具有显著的指导意义,指导间隙的给定平衡了产品性能和零件加工的成本重要性。

伺服电机双泵驱动动臂能耗特性实验研究

传统的伺服电机驱动单变排量泵系统的稳定性较差,同时因其节流损失大,会引起系统的能耗过高,针对这些问题,对37 t液压挖掘机动臂差动缸系统的动臂能耗特性进行了研究。首先,根据双泵驱动动臂控制的工作原理,给出了“伺服电机和双定排量液压泵相结合,共同驱动动臂差动缸系统”的方案,推导出了差动缸的数学模型,利用UG软件建立了液压挖掘机的三维机械模型;然后,进一步在仿真软件SimulationX中,建立了37 t液压挖掘机动臂系统的仿真模型;最后,对变转速伺服定量泵直控差动缸系统的位置、速度控制特性以及能耗特性进行了仿真研究;为了验证上述仿真模型的有效性,搭建试验样机进行了实验,并将所得的实验结果与模型仿真结果进行对比分析。实验结果表明:在空载工况和带载工况下,动臂差动缸输出能耗分别降低了约40%和44%;与空载工况相比较而言,带载工况下的提升阶段,动臂运行时间缩短了1 s,下放阶段延长了0.5 s,整个工作周期时间减少了0.5 s。研究结果表明:系统的能耗与运行特性符合预期结果。