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。

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。

液压支架大流量换向阀稳态液动力计算与补偿方法

针对液压支架换向阀元件复杂结构形成不规则流道,传统一次动量定理不能精确求得阀芯所受液动力,以及因液动力过大或不稳定使换向阀动静态特性降低的问题,以支架换向阀主阀为研究对象,在分析其结构组成与工作原理基础上,提出一种全流域控制体积划分方式。运用多次动量定理,分别分析了每个控制体积内动量变化量,考虑阀芯上下游元件结构参数对阀芯液动力数值的影响,较为精确的推导出阀芯所受稳态液动力公式,并进行理论计算。通过分析公式,得出对阀内元件结构参数进行优化的方法来补偿稳态液动力并用CFD方法模拟了稳态液动力随阀芯开度变化规律。结果表明:结构参数优化后阀芯所受液动力峰值与变化幅度均较原结构低,将阀套内径结构优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了56.25%与48.12%;将回液阀芯顶杆直径优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了28.79%与32.71%;将回液阀芯端面倾角优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了31.87%与37.16%,有效缓解了支架换向阀阀芯所受稳态液动力使阀动静态性能降低的问题。

锥型阀芯液动力计算与补偿方法研究

为研究锥型电磁换向阀的弹簧无法推动阀芯的故障现象,利用动量定理计算出阀芯的静态液动力理论值,并提出了一种阀芯优化方案。基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)平台计算出阀芯优化前后的压力云图和速度矢量图,通过分析仿真结果确定了最优的阀芯几何参数。结果表明在相同工况下,优化后阀芯的射流角增加,压力损失降低。

三通球阀式高速开关阀稳态液动力分析与结构改进

对于微小型高速开关阀,大流量和高频响都会增大阀芯所受的液动力进而影响其运动状态,因此,对液动力进行分析与补偿是提升高速开关阀性能的关键因素之一。为了解决球阀式高速开关阀在高频启闭状态下流场结构复杂导致传统的稳态液动力理论计算公式已不适用的问题,基于CFD数值计算方法对液动力进行研究。首先,利用COMSOL软件建立阀内流场流体域的几何模型;随后,选用弱可压缩流体、标准k–ε湍流模型并运用动网格技术,得到流体域的压力和流线分布图、流量曲线以及不同阀口开度下阀球和阀芯的稳态液动力变化曲线;最后,为了补偿阀口启闭过程中所减小的稳态液动力,根据不同的阀口结构参数与阀芯受力及阀口启闭时间之间的变化关系,对阀口结构进行优化并确定最优参数。结果表明:进油孔阀球所受的稳态液动力会随着阀口的开启产生先减小后增大的现象,但由于进油孔阀球的稳态液动力相比于回油孔阀球较小,故阀芯上的稳态液动力变化与回油孔阀球上的稳态液动力变化近似;适当减小阀球推杆直径及将靠近阀口的流道改成渐扩型流道能够有效地补偿启闭过程中所减小的稳态液动力,改进后的最优结构相较于原结构的一个周期启闭时间从1.047 ms下降到0.714 ms,稳态液动力补偿效果明显。

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。

关于内流式锥阀稳态液动力方向的探讨——与有关液压传动教科书作者们商榷

多本液压传动教科书认为内流式锥阀的稳态液动力是使阀芯打开方向。作者用伯努利方程压力能与动能转换的原理和动量定理进行分析,认为内流式锥阀的稳态液动力与外流式锥阀以及滑阀一样,也是使阀芯关闭方向。

多路阀主阀芯不同节流槽对其稳态液动力的影响

针对工程机械用多路换向阀在不同工况下稳态液动力过大或不稳定导致滑阀卡滞,从而影响执行机构的可靠性和安全性,以某型号工程机械多路阀为例,设计矩形、半圆形、U形、2U形4种形式节流槽口的阀口,通过Fluent数值模拟研究在不同阀口开度下的流场特征并确定射流角,根据流场计算结果,搭建不同结构节流槽的滑阀模型,分析节流槽口结构形式对阀芯稳态液动力的影响。研究结果表明:随着阀芯节流槽口逐渐开大,矩形、U形、2U形节流槽阀芯所受稳态液动力变化平稳;当阀芯采用U形节流槽时,其单位节流面积受力变化幅度较大,但阀口稳态液动力仍能保持稳定;半圆形节流槽阀芯所受稳态液动力相对不稳定,梯度较大。

多路换向阀稳态液动力分析与结构优化

对于多路换向阀而言,稳态液动力过大会导致阀芯运动卡滞、换向阀操纵性下降。通过AMESim与Fluent软件联合仿真,发现稳态液动力峰值往往在阀口小开度时出现,且方向趋于阀口关闭;在阀芯复位过程中,稳态液动力在操纵力中最大占比为25.12%,阀芯在稳态液动力的影响下会获得过大的操纵力,破坏阀芯行程与复位弹簧力本身具有的线性关系。针对这种情况,基于流道改造法与特殊阀腔法,提出一种滑阀稳态液动力补偿方法,即在阀芯上设置一种挡流凸台。对改进后阀芯进行流场仿真分析,结果表明:凸台直径越大,降低稳态液动力的效果越明显,最多可以降低65.18%。但是过大的凸台直径会改变多路换向阀对应阀口的通流面积和水力直径,影响换向阀的压力特性,使得改进效果不理想。

多路阀稳态液动力的仿真与试验研究

液动力是影响液压多路阀性能的关键因素之一,为了研究稳态液动力的影响因素,基于STAR CCM+流体仿真软件建立仿真模型,分析流量、阀芯旋转角度这两个因素对液动力的影响,并用汽车起重机上某型号的多路阀对仿真结果进行试验验证。仿真与试验的结果基本一致,均表明:在流量饱和时,流量越大,稳态液动力越大;在流量不饱和时,流量越大而稳态液动力变小;阀芯旋转角度为90°和0°时,稳态液动力分别为最大和最小。所进行的研究工作对于多路阀设计优化提供了依据。

液动力对锥阀振动特性的影响

针对实际工程中锥阀经常出现振动、噪声等现象,通过设计实验观察振动情况,发现锥阀的振动是规律的周期振动。将CFD的计算结果同系统动力学模型的参数结合起来,对可能引起锥阀振动的原因如稳态液动力和瞬态液动力进行仿真分析。结果表明:稳态液动力并非引起锥阀发生周期振动的原因,瞬态液动力才是锥阀产生周期振动的原因。

面向无人扫路机的高速开关阀瞬态液动力特性研究

面向无人扫路机的锥阀式高速开关阀阀芯在高速运动下所产生的瞬态液动力会引起阀的自激振动,直接影响高速开关阀的输出特性,造成无人扫路机转向系统抖动,影响扫路机工作系统的稳定性。针对该问题,采用CFD数值模拟的方法对全锥锥阀的瞬态液动力特性进行研究,首先建立阀内流场流体域的几何模型,选用弱可压缩流体、标准k-ε湍流模型,采用变形几何技术对锥阀的瞬态液动力进行仿真模拟,得到锥阀在启闭过程中的轴向力、瞬态液动力与不同的阀芯运动速度、阀口压差之间的定量关系。仿真结果表明:当压差不变时,阀口启闭过程中阀芯所受的瞬态液动力会随着阀芯速度的增大而增大;在阀芯速度一定时,阀口压差越大,全锥锥阀阀芯所受瞬态液动力越大;在锥阀启闭过程中,针对锥阀的瞬态液动力分析应包含整个锥面并分割成大小两个锥面,由于大小锥面上所受的瞬态液动力方向相反,且大锥面所受的瞬态液动力数值远大于小锥面,故全锥锥阀瞬态液动力方向与大锥面上瞬态液动力方向相同。

液动力对滑阀式换向阀的影响

分析了稳态液动力、瞬态液动力对滑阀式换向阀的影响,并以2个实例说明液动力过大造成的不良后果,提出了具体补偿措施,说明在设计液压换向回路时,应考虑液动力对滑阀换向的影响,以使液压系统工作更稳定。

基于电磁换向阀换向时的液动力研究

通过对电磁换向阀换向工作时稳态和瞬间液动力的理论分析,建立了稳态和瞬间液动力的理论公式,并进行了定性分析,探讨了液动力对系统的影响,并认为液动力是影响换向失灵、烧毁等现象的重要因素.说明设计系统时应考虑液动力,以使系统设计完善.

带U形节流槽的滑阀稳态液动力研究

传统液动力理论计算公式难以准确预测带U形节流槽滑阀的稳态液动力,针对该问题以多路阀为测试对象,搭建高精度液动力测试平台,试验获得不同流动方向下的稳态液动力和阀口压力、流量特性,并用计算流体力学(CFD)对阀内流场进行了仿真.试验和仿真数据表明,带U形节流槽的滑阀的稳态液动力在单向流出流入和在双向进出油情况下均会出现负值,即使阀口趋于打开;三位六通阀双向进出油稳态液动力值与单向流出流入稳态液动力耦合值基本一致;仿真所得稳态液动力值和压差值与试验值吻合良好.

非全周开口滑阀稳态液动力研究

非全周开口滑阀是液压阀的基本结构形式之一,其阀口是在阀芯凸肩圆周上均布若干不同形状的节流槽,用于获得不同流量控制特性。随着阀口开度变化,阀口节流面的位置、形状和射流角都会随之变化,因而传统理论计算方法无法准确计算压力流量、液动力特性等。采用计算流体动力学(CFD)方法,针对两种典型节流槽形式的滑阀进行了三维流场仿真分析研究,获得了不同流动方向下阀口全行程压力流量和液动力特性,并与试验测量结果进行了比较,两者吻合良好;分析比较了流场计算和理论公式计算结果。研究发现在特定的阀口开度范围内,液动力会使阀口趋于开大。此项研究对于非全周开口滑阀压力流量、液动力等性能预测以及减小阀驱动力具有重要意义。

非全周开口滑阀运动过程液动力数值计算

为了获取非全周开口滑阀运动过程液动力特性,以油液流出U形节流槽方向为例,采用非一致性、滑移网格技术及UDF编程方法,研究阀芯运动速度、运动方向、进出口压差及节流槽个数对阀芯所受液动力的影响规律.研究结果表明,在阀芯运动速度低于0.1m/s,阀芯运动时所受的液动力与阀口开度一定稳态计算时的液动力相差不大,可以用瞬态计算近似稳态计算;阀芯运动速度越高,阀芯所受液动力与稳态计算时液动力偏离越大;当阀芯运动方向改变时,液动力出现滞环,速度越大,滞环越大且在小开口下出现液动力方向变化;进出口压差越大,节流槽个数越多,阀芯所受液动力增大,滞环越明显.

基于仿真离散数据的偏转板射流式伺服阀液动力计算方法研究

基于偏转射流式伺服阀工作机理,提出关于其动态特性分析及前置级液动力计算检测的问题。建立关于力矩马达、射流盘前置级以及功率滑阀三部分的完整伺服阀动态模型,确定前置级液动力的近似公式,并对整阀特性进行频率分析,验证了数学模型的正确性;建立伺服阀前置级内部的二维流场模型,并基于流场仿真所获得的离散数据,给出两种可用于计算稳态液动力的方法,即动量定理法和压差法,通过计算某型伺服阀的液动力,验证上述两种方法能够相互印证;设计并实现了一种双自由度的液动力测试平台,实现了对液动力的间接测试。结果表明,采用动量定理法和压差法计算得到的液动力值,与其近似计算公式以及试验结果一致,证明了提出的液动力计算方法与测试系统均具有可行性,为此类伺服阀的改进与优化提供了技术支撑。

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场。将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场。在此基础上,分析了液压阀在开启和闭合过程中阀芯所受的液动力,将稳态液动力的数值计算值与理论计算值进行比较。结果表明,该计算方法具有较好的精度。

内流式锥阀液动力及阀芯锥面压强分布的实验研究

设计了专门的锥阀阀芯锥面压强分布与液动力的实验装置，测量了内流式锥阀阀芯压强分布，测定并分析了液动力的变化规律。