旋转式激振阀流热固多场耦合特性研究

旋转式激振阀是高频高压电液激振系统的关键元件之一,其动态特性的好坏直接影响整个激振系统的工作性能。为了分析旋转式激振阀流-热-固多场耦合作用下的动态特性,首先基于Fluent仿真,通过滑移网格方法对旋转式激振阀的流场进行动态模拟,并实测旋转式激振阀流量对仿真结果进行验证,然后使用Ansys对旋转式激振阀进行流-热-固多场耦合仿真,探究进出口压差分别为ΔP=5 MPa、ΔP=10 MPa、ΔP=15 MPa和油液温度分别为20℃、40℃、60℃时旋转式激振阀的热特性与热变形规律。研究结果表明,旋转式激振阀内部流场和温度场分布不均匀,流体在接近阀芯阀体壁面处的温度较高,中心温度较低,旋转式激振阀出口处由于流体冲击产生局部高温,导致阀芯凹槽以及阀体出油口会有热变形,进出口压差ΔP=15 MPa时,热变形可达3.789 4μm;进油温度为60℃时,热变形可达7.701 7μm。因此选择合适的进出口压差和油液温度有利于旋转式激振阀的工作特性。该研究对于旋转式激振阀的结构设计和优化提供了理论数据。

旋转式激振阀流场动态特性模拟及实验验证

提出一种旋转式激振阀,为分析激振阀旋转过程中阀口流场的分布特性,设计三种不同几何形状的阀口。基于半隐式连接压力方程计算模型,通过多参考系模型(MRF)网格滑移运动的方法对激振阀进行流场动态模拟,获得激振阀阀口的压力、速度、射流角及流量特性曲线。研究结果表明:随阀芯的旋转,激振阀的压力和流量呈先升高后降低的趋势,速度呈先下降后上升的趋势,射流角在60~120°的区间内逐渐上升;阀口形状对激振阀的压力、速度、流量有较大的影响,矩形阀口的压力、流量动态特性最佳。实验证明,激振阀流量曲线近似为正弦波,仿真方法与实验误差小于5%。

旋转配流激振阀输出特性分析及试验验证

提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:进口压力由14 MPa增至16 MPa,旋转配流激振阀输出压力、流量峰值分别提高了1.16%和6.98%;阀芯换向频率由100 Hz增至180 Hz,输出压力、流量峰值分别降低了1.24%和18.6%;进口压力工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.18%、2.14%;换向频率工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.10%、1.76%。仿真和试验结果整体趋势基本一致,证实了旋转配流激振阀结构的合理性及仿真模型的正确性。

激振阀振动特性的研究

针对传统电液激振系统需外加复杂伺服控制系统调节激振频率的问题,提出了一种插装式激振阀。根据激振阀的工作原理建立了激振阀的数学模型和仿真模型,分析了各参数对激振阀振动特性的影响,并通过实验验证了实验结果与仿真结果变化趋势的一致性。研究结果表明:激振阀的激振频率随节流孔直径、二通插装阀的面积比、系统工作压力的增大而增大。简化了激振阀的调频方式,通过调节系统工作压力和节流孔直径可调节激振阀的激振频率。

高频激振阀阀芯动力学分析

阐述了高频激振阀的结构和工作原理,针对高频激振阀的现有结构,建立了阶梯楔形间隙摩擦副之间的动态润滑数学模型,依据雷诺方程建立了楔形间隙的油膜剪切应力方程和压力分布。在此基础上推导出了沿着阀芯运动方向的总摩擦力和摩擦力矩,并研究了阀芯在高速转动中所受的瞬态液动力。

2D阀控电液激振器的优化设计和实验研究

为了进一步提高电液激振器的激振频率和控制精度,并降低其加工和安装难度,提出了2D高频激振阀的新结构和控制方法。通过增加2D阀阀芯沟槽与阀套窗口的沟通次数,改进与无刷直流伺服电机连接的高速齿轮箱传动机构,设计混合式直线步进电机与堵头连接以控制阀芯轴向位移,实现了对2D高频激振阀的结构优化。经理论以及实验研究表明:新型2D高频激振阀的结构简单,控制精度高,激振频率最高可达3 000 Hz。

液压激振技术的研究进展

分类阐述了各种液压激振技术的原理、性能优缺点及应用情况,介绍了典型液压激振装备的最新发展、系统结构与性能指标,简要介绍了国内外液压激振控制技术最新成果。指出多轴、高频液压激振技术是当今的研究热点,其中采用2D激振阀的激振方法是大幅度提高液压激振频率的新技术。

振动拉削用双阀激振系统耦合增益特性分析与实验研究

电液伺服激振系统(Electro-Hydraulic Excitation system,EHES)其振幅增益特性往往难以描述和预测。针对上述问题,以双伺服阀并联EHES为研究对象,综合考虑伯努利流体汇流耦合和阀控非对称缸特性,建立了系统数学模型;分别通过Matlab/Simulink仿真计算和实验系统测试,研究汇流耦合影响下双阀并联有效振幅增益的规律特性。实验结果表明:所建立的数学模型能有效描述实际系统的增益特性;而汇流耦合主要影响了激振缸的负载流量饱和特性,使得双阀并联激振所输出的振幅增益随激振频率和控制信号幅值的变化,其有效增益在50%~70%间浮动。

振动机械液压激振方式的特点分析和发展综述

通过对惯性激振方式和几种液压激振方式的特点分析,指出常用惯性激振方式参振质量大、轴承更换频繁、能耗大的缺点,表明液压激振具有无级可调、参数易于控制的优点,综述了液压激振方式的发展现状,提出一种新的泵控液压激振方式。

电液疲劳试验系统的变谐振控制技术研究

随着激振频率的增加,电液疲劳试验机激振输出幅值急剧衰减,激振频率和激振输出幅值两者之间存在相互矛盾的关系,因此提出了利用谐振能量提高激振输出幅值的方案。该方案通过改变阀控单出杆液压缸无杆腔容积的方法改变系统的谐振频率,使得谐振频率与激振频率重合,在谐振点进行激振。在对液压动力机构的运动过程进行分析的基础上,建立系统的数学模型,运用四阶龙格库塔的数值算法对其求解,并对仿真结果进行理论分析,分析结果表明可通过改变无杆腔容积来改变系统的谐振频率,且在谐振点处的激振输出幅值有较大幅度的提升;从负载流量曲线上看,由于谐振能量的输出使得在谐振点处的负载流量急剧降低。随后建立实验系统对以上仿真结果进行实验研究。实验结果表明:在谐振点处的激振输出幅值为饱和输出幅值的25%左右,负载流量则减小了90%左右;通过改变无杆腔的容积能有效改变谐振频率,拓宽电液疲劳试验机应用范围。

新型电液振动台振动参数的分析

新型电液振动台采用具有双自由度的2D高频激振阀作为电液激振器,其驱动装置采用大功率、大扭矩的液压马达驱动阀芯的径向旋转,阀芯的轴向滑动用电机通过偏心轮机构来驱动。作者对高频激振阀阀口面积波形进行分析,根据已建立的数学模型采用分段积分的方法求解出振动波形的分段表达式,由此振动波形的解析解推导出振动幅值、工作频率、阀芯轴向位移以及阀芯转速之间的相互关系,在电液振动台上进行疲劳试验以验证解析结果的正确性。研究结果表明:加载模式以弹性负载为主的条件下,振动幅值的大小与阀芯的旋转速度成反比,与阀芯的轴向位移成正比,但是当阀芯位移达到某一临界值时,振幅由于压力饱和而不再继续增大,同时工作频率越大,考虑到实际机械设计及加工,振动波形越不容易出现饱和现象。

高频电液振动台谐振特性研究

传统电液振动台的工作频率受伺服阀频宽的制约难以提高到较高的水平,为了解决这一难题,提出一种由2D激振阀和数字伺服阀联合控制差动式液压缸所构成的新型高频电液振动台,旨在大幅提高电液振动台的振动频率。阐述了高频电液振动台的工作原理并建立其数学模型,利用Simulink构建了系统仿真模型,对高频电液振动台在谐振点工作时的振动波形进行了仿真研究。为了验证理论分析以及高频电液振动台在谐振点时实际输出的振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。实验结果表明:高频电液振动台的振动频率由2D激振阀阀芯的转速决定,当2D激振阀的激振频率与电液振动台的固有频率相等时,振动台输出的幅值会被突然放大(即产生谐振现象),过了谐振点后振动台输出的幅值则会快速下降。

高频电液振动台振动特性实验研究

传统电液振动台由于受伺服阀频响特性的限制,其工作频率难以提高到较高的水平。为此提出一种基于2D激振阀的高频电液振动台,由于2D激振阀是一种特殊结构的转阀,通过提高2D激振阀阀芯的转速可以使电液振动台的工作频率实现大幅提高。分析了高频电液振动台的工作原理,并建立了其数学模型,为了验证理论分析以及高频电液振动台工作时的实际输出振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。实验结果表明:基于2D激振阀的电液振动台能大幅提高振动频率,振动台输出的振动频率达到800Hz,远远高于现有传统电液振动台的振动频率。

单轴高频电液振动台谐振现象的机理分析研究

关于液压系统的谐振现象,传统流体理论介绍的不多,仅仅提出当机械系统的固有频率和液压系统的工作频率相接近时会发生谐振现象。针对单轴高频电液振动台出现的谐振现象,运用能量守恒原理对其产生的谐振现象进行了理论分析,并在2D激振阀不同惯性负载以及不同轴向开口作用下,对单轴高频电液振动台输出的谐振波形进行了仿真研究。并利用数字伺服阀调节液压缸无杆腔的容积,实现液压系统固有频率的改变,从而使得电液振动台能够正常工作在不同的谐振频率点。

振动拉削系统振幅衰减特性分析与实验研究

为了探究振动拉削中导致激振幅值衰减的主要因素,以双伺服阀电液激振拉削设备为研究对象,综合考虑双阀电液激振系统动力学特性,以及拉刀多齿接触效应、工件尺寸参数等影响下的动态拉削力特征,建立了振动拉削过程中的激振系统模型;再分别通过理论计算及系统实验,对比研究了电液激振器在非线性负载扰动下实际输出力和输出位移的衰减波形,为振动拉削激振系统参数优化提供理论指导和实验依据。实验结果分析表明:振动频率是导致系统振幅衰减的主要因素,而动态拉削力通过影响激振缸活塞的运动特征使得输出波形的峰值衰减,甚至使位移振幅趋向于0。

小型动静压振动主轴的仿真与实验研究

一种小型动静压振动主轴，该主轴结合螺旋腔轴承，通过双自由度阀（2D激振阀）控制轴向振动，适用于高转速、高频振动的切削中。通过Fluent软件对动静压轴承油膜在不同参数下的压力分布及承载力大小进行仿真分析。实验采集激振频率在20～800Hz之间，振动腔的压力、主轴振动位移以及主轴振动的加速度;通过测试主轴不同的旋转速度以及不同供油压力对主轴径向位移的影响，分析主轴的回转精度。

电液高频疲劳试验机的控制系统设计研究

由于电液高频疲劳试验机采用传统的电液伺服阀难以达到较高的激振频率,为了解决这个问题,采用一种特殊结构的2D激振阀来控制液压缸,从而提高电液高频疲劳试验机的激振频率.该2D激振阀具有双运动自由度,控制阀芯旋转可实现激振频率控制,控制阀芯轴向运动可实现激振幅值控制.由于2D激振阀的转阀特性,无法引入一个偏置信号实现对激振中心平衡位置的偏置控制,因此在对称液压缸上并联一个数字伺服阀,通过改变数字伺服阀的开口大小和方向就可以实现激振器振动中心位置的偏置.基于电液高频疲劳试验机的工作原理设计其控制系统并做实验.实验表明:该电液高频疲劳试验机的控制系统可实现高达2 500 Hz的激振频率;谐振频率为980 Hz,在该频率可进行高频率、大载荷的疲劳实验.

电液高频疲劳试验机的控制系统

由于电液高频疲劳试验机采用传统的电液伺服阀难以达到较高的激振频率,为了解决这个问题,采用一种特殊结构的2D激振阀来控制液压缸,从而提高电液高频疲劳试验机的激振频率。该2D激振阀具有双运动自由度,控制阀芯旋转可实现激振频率控制,控制阀芯轴向运动可实现激振幅值控制。由于2D激振阀的转阀特性,无法引入一个偏置信号实现对激振中心平衡位置的偏置控制,因此在对称液压缸上并联一个数字伺服阀,通过改变数字伺服阀的开口大小和方向就可以实现激振器振动中心位置的偏置。基于激振频率与激振幅值控制原理设计了一种采用DSP控制的控制器,该控制器能控制电液高频疲劳试验机的激振频率与激振幅值。同时,实验室已有的控制器能控制并联的数字伺服阀开口大小,从而达到偏置控制的目的。基于电液高频疲劳试验机的工作与控制原理搭建实验平台并做实验。结果表明:该电液高频疲劳试验机的控制系统可实现高达2500 Hz的激振频率,谐振频率为980 Hz,在该频率可进行高频率、大载荷的疲劳实验。

双自由度液压激振系统性能的理论分析

介绍一种双自由度液压激振阀,分析其工作原理、建立数学模型,运用Matlab软件进行性能仿真。结果显示该激振系统可以通过调整电机转速和激振阀轴向开度,来实现振动频率和振幅值的独立控制,以满足不同级配物料对振动参数的要求。

高频电液振动台全频段振动波形研究

为了提高电液振动台的工作频率,提出一种由2D激振阀和数字伺服阀联合控制的高频电液振动台。对高频电液振动台在低频段、中频段和高频段输出的振动波形进行仿真和实验研究。阐述了高频电液振动台的工作原理并建立其数学模型。为了验证理论分析以及高频电液振动台在全频段实际输出的振动波形,设计了高频电液振动台并进行了实验研究。结果表明:与传统电液振动台的工作频率相比,该新型高频电液振动台能够实现从低频到高频全频段的振动试验,上限工作频率能够达到1000Hz;当振动台的工作频率与其系统的固有频率相等时,振动台会产生谐振现象(即振动幅值会突然变大);随着振动频率的提高,振动台输出的幅值则会快速下降。