一种比例换向阀先导级用高速开关阀运动特性分析

为研究一种用于比例换向阀先导级的高速开关阀运动特性,通过编写UDF程序控制流体力、弹簧力和电磁力共同作用下的阀芯运动;通过动网格技术实现阀的流固耦合仿真,并获取阀芯精确的运动情况以及瞬态流场的变化。结果表明:编写的UDF程序能够精确地模拟实际工作时的阀芯运动状态,获得阀的开启时间为1.8 ms。该研究方法能够获得高速开关阀精确的运动特性,为高速开关阀产品的优化提供指导。

考虑电磁铁线圈构型的高速开关阀动态特性分析

为改善高速开关阀的响应特性,以电磁铁线圈构型为切入点,对比研究了线圈构型对高速开关阀动态特性的影响规律。在建立高速开关阀数学模型以及理论分析线圈构型变化对响应时间影响的基础上,采用电磁仿真软件ANSYS Electronics,构建了高速开关阀二维瞬态仿真模型,分析了单一、叠加式、嵌套式3种线圈构型对电磁铁吸合以及高速开关阀启、闭两个动态过程的影响。仿真结果表明:在不改变其他结构参数与电气参数的情况下,与单一线圈构型相比,叠加与嵌套两种并联线圈构型能够有效缩短电磁铁空载吸合时间,减幅分别为35.1%、34.7%;叠加式线圈构型下高速开关阀的开启延迟时间缩减了4.79 ms,减幅达55.4%;嵌套式线圈构型下高速开关阀的开启延迟时间缩减了4.77 ms,减幅达55.2%。综合响应特性与能耗特性参数来看,采用叠加式线圈构型的高速开关阀具有相对更优的动态特性。该研究可为高速开关阀电磁铁的设计提供参考。

双向复位高速开关电磁阀动态响应特性仿真研究

高速开关电磁阀作为典型的伺服液压系统执行元件,逐渐成为高精密液压系统的核心部件之一。针对双复位弹簧式高速开关电磁阀的动态响应特性开展研究,建立高速开关电磁阀的多场耦合动力学模型,系统研究了高速开关电磁阀阀芯内径、弹簧刚度、线圈线径、工作温度、控制频率及占空比等对高速开关电磁阀阀芯所受到的电磁力和阀芯运动位移的影响,得到了高速开关电磁阀的优化设计参数,为进一步研制响应速度快、性能稳定、流量及承压范围大、环境适应性强的高速开关电磁阀奠定了一定的理论基础。

高速开关阀先导驱动高水基大流量比例调速阀的设计与仿真

在智能综采工作面生产工程中,液压支架在移架和推溜的过程中经常会遭遇不稳定负载,传统开关式的电液控制元件无法对推溜油缸进行速度调控,导致推溜油缸位置控制困难,影响了刮板机的调直度,从而制约了智能综采装备的应用效率。针对这一问题,考虑到煤矿乳化液介质低黏度、润滑性差等特征,设计了一种高速开关阀作为先导阀的高水基高压大流量比例调速阀,建立了阀的数学模型,根据调速阀的内部结构及工作原理建立其AMESim仿真模型,对影响节流阀阀芯位置闭环控制特性、调速阀压差-流量特性进行仿真分析。仿真表明,A型先导液桥对主阀芯的响应具有更好的性能,主阀下控制腔容积、复位弹簧刚度对阀芯的响应速度、稳定性有一定影响。总体而言,调速阀具有较好的流量调节刚度,功能和性能达到了预期设计要求。

双线圈高速开关阀的水击特性验证

高速开关阀是航天领域动力系统的关键元件,需要具备高频响和高可靠性。然而,高速开关阀的开关特性会使系统产生水击现象,降低系统的可靠性,尤其是在高速开关阀高频切换过程中会产生更多的水击压力波,致使系统中的水击变得更加复杂。因此,采用仿真和实验相结合的方法对不同频率下水击压力脉动的变化进行分析,最终通过对数据时域和频域的分析,发现了高速开关阀的水击压力脉动规律,研究结果可在航天动力系统中应用。

高速开关阀瞬态流场仿真特性研究

高速开关阀工作时,内部流体由于阀杆的运动形成了复杂的流动状态。而在实际情况中,很难观察到阀体内部流道中阀芯运动时的流体瞬态变化。基于此,采用计算流体力学动网格方法分析了高速开关阀3种工况下的状态,得到了流场的压力、速度、出口质量流率等数据。结果表明:出口的质量流率随着阀口的开闭呈线性变化;流体压力、速度在阀座到出口的通道中间变化最大;出口区域与开关阀角落区域在大流速差下易形成漩涡现象,并且流体的漩涡现象会随着流体的速度差变化,而顶部的动铁周围压力、流速变化不大。该结果可为设计高速开关阀时获取对应的最大通过流量及优化开关阀结构提供技术参考。

特高压直流高速开关研发关键技术研究

直流高速开关(high speed switch,HSS)是多端直流输电系统中的关键设备。HSS的性能参数直接影响到多端直流系统的送电能力和运行灵活性。为了研制性能参数更优的±800 kV HSS产品,提出在长时直流耐受、直流小电流开断和直流燃弧耐受3大关键性能方面需解决的问题。结合内外绝缘仿真优化和样机绝缘验证,实现样机具备DC1224 kV/1 h湿耐受的绝缘性能;通过小电流开断的磁流体动力学仿真,获得了HSS开断小直流电流时灭弧室内部的温度、压力分布规律;试制了小直流开断实验样机,样机实验在1 kV恢复电压下最大开断电流达到350 A。通过长时燃弧的磁流体动力学仿真,获得了4000 A直流电流开断过程中灭弧室内部的温度、压力分布规律。该研究为性能参数更优的±800 kV HSS产品研制奠定坚实基础,对提高多端直流输电系统功率连续性和安全稳定运行具有重要意义。

高速开关阀控液压马达系统性能对比研究

采用一款高响应电液伺服阀并使其处于阀口开、关两种极限工况下工作的高速开关控制方式,构建一种阀控液压马达系统,实现对液压马达输出转速及扭矩的控制,以探究液压马达高速开关控制方法的基本特性。完成该高速开关阀控液压马达系统的设计及AMESim仿真模型的搭建。利用PWM信号控制高响应电液伺服阀实现对液压马达的高速开关控制,并通过仿真获得转速等参数随占空比和频率的变化规律。开发基于高响应电液伺服阀的高速开关阀控液压马达系统实验样机,进行实验与仿真结果的对比研究。结果表明:实验与仿真结果较为一致,液压马达转速随着占空比的增大而增大,随着外负载的增大逐渐降低;而仿真结果中负载的增加会轻微加快液压马达转速的稳定时间的结论,在实验中无法得到印证。

一种工程车辆用高速开关阀的仿真与特性分析

高速开关阀作为一种重要的数字液压元件被应用于工程车辆中,研究其基本特性有利于产品优化、提高产品性能。根据高速开关阀结构参数及工作原理建立其理论模型;结合建立的理论模型,使用AMESim软件完成仿真模型的建立;并通过仿真结果分析输入电压、线圈匝数、占空比、弹簧预压力及刚度对高速开关阀性能的影响,指出高速开关阀的开闭时间以及上述参数如何影响阀的动态特性。

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。

基于气动高速开关阀的容腔压力精确控制

容腔压力控制在气动系统中的应用十分普遍,在汽车制动控制中普遍使用比例调压阀实现制动气室内压力的精确调节。将高速开关阀应用于压力控制系统代替比例阀,对于降低生产成本具有重要的意义。介绍了基于高速开关阀的单阀PID容腔压力控制策略和双阀自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)容腔压力控制策略。双阀ADRC控制策略通过将充放气过程中气体的温度变化、容腔内气体泄漏等各种模型不确定性以及内外界干扰视为一个总干扰项,利用扩张状态观测器对总干扰项进行估计并在非线性控制器的设计中进行补偿。结果表明:这两种策略均可以实现容腔内压力精确控制,使用双阀ADRC压力控制策略的控制精度更高。

高速开关阀控位置伺服系统的模式切换控制

针对高速开关阀阀控位置伺服系统在脉宽调制信号驱动下,存在控制精度差的问题,提出了一种“模式切换”算法以提高其控制精度。首先介绍了系统结构与工作原理,并在此基础上建立系统数学模型。分析了四个高速开关阀开、关状态组合形成的七种工作模式,舍弃两种会产生较大流量变化的工作模式,选择剩余的五种工作模式以满足微小位置误差调节的需求。设计了“PID+模式切换”控制器,使用位置误差的PID控制器输出值和主阀两腔压力作为工作模式切换的依据,通过工作模式的实时切换,实现了主阀的高精度位置控制。试验表明在跟踪幅值为4.5 mm,频率为0.5 Hz的正弦轨迹时,主阀最大跟踪误差、平均跟踪误差及标准跟踪误差分别为0.46, 0.08, 0.07 mm,与传统PID控制器相比,所提控制器能够获得良好的位置控制性能,且高速开关阀总的开、关次数也减少了38%。

阵列压电叠堆驱动高速开关阀的设计与仿真分析

针对目前高速开关阀采用PWM控制信号产生诸如高频流量脉动、振动与噪声等问题,基于并联液阻和二级制编码技术设计一种阵列压电叠堆驱动的高速开关阀。阵列压电叠堆的轴向长度呈二进制编码排列,故采用PCM(脉码调制)信号来控制每个压电叠堆的工作状态进而实现阀口开度的离散化调节。其次,基于MATLAB/Simulink建立高速开关阀数学模型,并通过仿真揭示了流量瞬态不确定产生机理。最后,提出一种基于模型的PCM编码控制策略,阶跃跟踪结果表明:流量跟踪无超调,且稳态误差在0.015 L/min以内;正弦跟踪结果表明:当阵列压电叠堆的开启和关闭动态特性不对称时,最大误差增加至0.61 L/min,但平均误差和误差标准差的变化范围仅在0.004 L/min和0.013 L/min以内。

基于高速开关阀的湿式离合器缓冲控制系统研究

湿式离合器是大功率液力机械传动装置重要的传动部件,其工作状态直接影响设备的安全可靠运作。为了提高湿式离合器工作效率,通过分析离合器的工作原理,基于电磁式高速开关阀设计一种用于湿式摩擦离合器的液压控制系统,构建液压系统模型,通过MATLAB/Simulink仿真求解该液压系统的压力输出信号。计算结果显示:该液压系统可以用于控制湿式离合器的接合,能够为湿式离合器提供稳定的接合油压缓冲信号。

±800kV直流高速开关断口外绝缘特性仿真研究

直流高速开关(high speed switch,HSS)作为多端柔性直流输电系统的关键设备,其可靠性具有重要意义,而断口外绝缘特性是影响HSS安全稳定运行的重要因素。文中采用有限元法针对HSS实际运行工况进行建模仿真,根据断口内绝缘及外绝缘的电场分布获得最恶劣的运行工况,研究该运行工况下HSS断口外绝缘在淋雨与污秽等环境下的电场分布特性,分析有限空间内断口加长提高外绝缘性能的可靠性。研究结果表明:实际运行过程中,HSS一侧隔离开关拒动、一侧通过阀侧接地为最恶劣的运行工况,在该运行工况下,淋雨环境中断口伞裙电场分布均匀,但电场强度整体增加,污秽条件下外绝缘电场分布与干燥条件下相似,但在高压端电场畸变程度显著增加;随着断口长度、外绝缘爬电距离增加,外绝缘电场模值整体下降,断口长度的改变对隔离开关外绝缘性能影响较小。以上研究对HSS断口外绝缘优化设计具有一定参考意义。

基于AMESim的ESC电磁高速开关阀仿真研究

在汽车电子稳定系统(ESC)中,一般采用控制高速开关阀实现制动轮缸的压力控制。分析了ESC液压系统的组成以及原理,对高速开关阀的物理结构进行分析并建立数学模型,基于该模型运用AMESim仿真平台建立了高速开关阀以及ESC液压系统的仿真模型。使用高频PWM技术对高速开关阀模型进行动态响应特性仿真,进而实现ESC对轮缸压力的控制,通过仿真深入分析了占空比对高速开关阀中电磁力、阀芯位移以及轮缸压力的影响。结果表明,构建的高速开关阀仿真模型可以实现ESC制动压力的主动增压、保压和减压3种控制,且通过控制PWM占空比实现轮缸压力的精确控制,最大压力与实验对比误差控制在5%范围内。

一种压电驱动的气动高速开关阀设计与仿真分析

针对传统开关阀响应慢、流量小的问题,提出一种压电材料驱动的气动高速开关阀。基于压电效应,结合锥阀阀芯结构,进行了压电阀开关阀的设计。采用有限元分析法,在Fluent中对阀进行了流场仿真,分析了该阀的结构合理性。利用AMESim对阀搭建模型并进行特性仿真。仿真结果表明,该阀的响应时间为0.4 ms,最大流量约为68 L/min,流量与占空比变化曲线线性度大于88%,提出的压电驱动高速开关阀可以满足数字式气动控制的发展需求。

多端直流用直流高速开关(HSS)关键性能考核技术研究综述

多端直流输电技术可有效缓解中国输电走廊紧缺问题,并解决大规模的清洁能源并网,通过配置直流高速开关(high-speed switch,HSS),可实现多端直流系统第三站的在线投退及直流线路故障快速隔离。但目前国内缺乏±800 kV HSS设备的制造技术与试验经验。为掌握核心技术,文中首先简要介绍多端直流输电工程对HSS的功能需求,提出HSS的运行工况及关键技术参数。其次,着重介绍研制±800 kV HSS特殊性能验证试验,包括长时燃弧耐受关键技术及无震荡回路开断直流关键技术及其研究现状,提出了±800 k V HSS关键性能的考核方法和型式试验要求,并对其下一步的研究方向给出了建议。

基于高速开关阀的调节阀定位系统建模研究

为解决高参数调节阀的精密定位问题,设计了1种由高速开关阀、膜片式气动执行机构和数字控制器构成的伺服定位系统。通过对系统各个组成部件的工作原理进行研究,结合流体学、热力学以及牛顿第二定律等原理建立系统的数学模型。针对不易获取的系统参数,如最大静摩擦力、滑动摩擦力及泄漏面积等,可用间接测量得到其大致数值。基于MATLAB/Simulink平台搭建系统的仿真模型,通过对比仿真结果与实际结果验证模型的准确性。由于仿真结果与真实试验结果吻合较好,说明该模型具有较好的准确性,可用于控制器的设计与研究。该系统的设计可以改善在调节阀定位研究中对于定位器过度依赖的现状。

阀芯旋转式高速开关阀稳态液动力矩研究

为突破高速开关阀阀芯行程对开关频率的限制,提出一种阀芯旋转式高速开关阀。采用理论计算与CFD仿真相结合的方法,研究不同阀芯旋转角度下阀芯结构参数变化对阀口过流面积、流量系数、射流角及液动力矩的影响,得到了液动力矩的变化规律。研究结果表明:液动力矩与阀口压差及流量的二次方成正比;压差一定时,液动力矩与阀口过流面积及射流角余弦值成正比,随着阀芯旋转角度增大,液动力矩先增大后减小;流量一定时,液动力矩与阀口过流面积成反比,随着阀芯旋转角度增大,液动力矩逐步减小为零。通过调整阀芯沟槽高度来改变射流角,达到补偿液动力矩的目的。