Dynamic Simulation and Valve Structure Optimization of an Electro-Hydraulic Clutch Shift Control System in an Automatic Transmission

The electro-hydraulic clutch control system controls the transferred torque of gear-shifting clutches in clutch-to-clutch transmissions. A nonlinear dynamic model of an electro-hydraulic clutch shift control system is presented. The mechanical and fluid subsystems of all valves are investigated, including their interactions. Model validation of the electro-hydraulic valve system is performed by comparing the simulated and measured pressure curves. The dynamic characteristics of the electro-hydraulic clutch shift control system with different supply pressures and different fluid temperatures are simulated and evaluated. It is found that pipes which are often ignored between the electro-hydraulic valve system and the clutch piston,have strong influence on clutch piston chamber pressures. In order to satisfy the required time and reduce the fluctuation of the clutch piston chamber pressures,the orifices' diameters and valve structure are optimized.

Study on Outboard Inductive Damping Valve in Hydro-pneumatic Suspension

A new outboard inductive damping valve without any electronic control system is developed. Its working principle,structure and external characteristic are studied. Its mathematical model is presented and its damping characteristic is investigated on the basis of fluid continuity equation,differential equations of motion and Bernoulli equation. The influence of the valve parameters on the damping characteristic is studied numerically. The effects of outboard inductive damping valve and common damping valve on ride and tire load are compared also. The external characteristic of the valve is verified in bench test. The results show that the valve’s mathematical model is quite accurate and the developed valve can be adjust in two stages,which can also meet the requirements of the dynamic characteristic of the vehicle suspension system.

2D SIMPLIFIED SERVO VALVE

A novel pilot stage valve called simplified 2D valve, which utilizes bothrotary and linear motions of a single spool, is presented. The rotary motion of the spoolincorporating hydraulic resistance bridge, formed by a damper groove and a crescent overlap opening,is utilized as pilot to actuate linear motion of the spool. A criterion for stability is derivedfrom the linear analysis of the valve. Special experiments are designed to acquire the mechanicalstiffness, the pilot leakage and the step response. It is shown that the sectional size of thespiral groove affects the dynamic response and the stiffness contradictorily and is also verysensitive to the pilot leakage. Therefore, it is necessary to establish a balance between the staticand dynamic characteristics in deciding the structural parameters. Nevertheless, it is possible tosustain the dynamic response at a fairly high level, while keeping the leakage of the pilot stage atan acceptable level.

不同结构参数对高速开关阀液压力的影响研究

因其具有价格低廉、抗污染性强等优点,高速开关阀已被广泛运用到各种车辆的制动系统中,其动态性能直接影响到车辆的制动效果,而阀芯所受的液压力是决定高速开关阀动态特性优劣的关键参数。针对不同参数对高速开关阀液压力的影响,以及实际工程中阀芯液压力难以测量的问题,采用计算流体动力学(CFD)对高速开关阀进行了数值模拟。首先,基于有限体积法(FVM),建立了不同开度、压差、温度、以及结构参数(阀座节流孔直径和锥角)的三维仿真模型;然后,对比不同网格数量的仿真结果,排除了网格数量对于仿真结果的影响,并详细分析了各参数对液压力的影响,得出了高速开关阀液压力与各参数之间的变化规律;最后,采用响应面分析结合遗传算法对开关阀的结构参数进行了优化。研究结果表明:随着阀芯开度的增加,节流区域发生了转变;较大的压差会导致液压力产生较大幅度的变化;相较于高温,低温对液压力有着更加显著的影响;对结构参数进行优化后,最小开度的液压力提高了49.2%,提高了阀控制稳定性,为高速开关阀线性控制设计提供了理论基础。

气动调节阀粘滞故障检测与参数辨识方法研究

为了研究气动调节阀的粘滞特性问题,以CHEN粘滞模型作为阀门粘滞特性问题的基础模型,提出一种阀门粘滞故障的检测与改进的参数辨识方法。通过搭建粘滞故障试验台,模拟实际情况中发生不同程度粘滞时的阀杆运动状态,揭示阀门粘滞发生的机理。使用随机森林算法对振荡源进行分类,实现对粘滞故障的检测。使用基于Hammerstein模型的粒子群优化算法求解粘滞参数最优解,提出粘滞双参数取值范围的确定方法,实现欠补偿、无补偿和过补偿3种状态下的粘滞参数辨识。结果表明:阀门粘滞程度与阀杆所受动静摩擦力有关;在不考虑外界因素的影响下,提出的粘滞检测方法对4种振荡源的分类准确率达到99.0268%;提出的改进的粘滞参数辨识方法对不同大小粘滞参数的辨识结果误差达到7%以内。研究成果为阀门粘滞故障的检测和参数辨识提供了理论方法,对粘滞模型的改进具有实际参考价值。

高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高,针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响,设计了交叉对比实验,实验结果表明,伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动,系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

智能气动阀门定位系统动态特性研究

针对智能气动阀门定位系统数字孪生体的实现,提出一种可精确模拟气动继动器和执行器气室动作机理及气体动态特性的数学模型。在无需气体质量流量计的情况下,通过理论推导及实验在气动继动器动力学模型和等效质量流量模型中可变直径的节流孔板直径之间建立函数关系,对执行器气室多变过程建模,实现定位系统数字孪生体。数字孪生体实际运行测试以及模型仿真和实验对比验证了系统的可靠性。

某水下打桩锤主控阀缓冲装置建模与仿真

为研究某水下打桩锤缓冲装置的结构对主控阀缓冲性能的影响,介绍缓冲装置的结构组成和缓冲原理,考虑液压油泄漏导致主控阀腔内压力和温度的变化,结合热力学和流体动力学理论建立缓冲装置的动态数学模型,基于MATLAB/Simulink软件搭建仿真模型并进行仿真分析,研究液压系统回油背压、缓冲腔直径、泄漏缝隙高度和长度等参数对缓冲性能的影响规律。结果表明:打桩锤主控阀缓冲装置的泄漏缝隙高度、泄漏缝隙长度和缓冲腔直径对缓冲性能的影响显著,液压系统的回油背压影响相对较小。研究结果为主控阀缓冲装置的设计和结构参数的优化提供理论依据。

气动先导阀动态特性仿真优化研究

针对气动先导阀动态响应低的问题,在分析结构特点和工作原理的基础上,利用AMESim建立仿真模型,通过参数化仿真研究主阀弹簧刚度、弹簧预紧力、气源压力和节流孔大小对先导阀动态响应的影响,结果显示:各参数对气动先导阀动态响应特性的影响各不相同,很难通过调节某一参数得到最优解。在参数化仿真分析的基础上,基于SimV&Ver Math进行多参数优化仿真,利用贝叶斯+拟牛顿的优化算法得到最优解,将气动先导阀的总响应时间降低了7.2 ms,并通过试验验证了仿真分析的正确性。

基于AMESim的潜液泵专用液压控制阀动态特性分析

所研究的液压控制阀主要用于潜液泵的启停、扭矩调节和限制潜液泵最高转速,介绍了液压控制阀的工作原理和工况,利用AMESim软件对液压控制阀在扭矩调节工况和限速工况下的动态特性进行了仿真计算,分析了控制压力等因素变化对液压控制阀动态特性的影响,提出了在液压控制阀的控制油路中增加阻尼提高控制阀的稳定性的方法,并通过仿真进行验证;还分析了液压控制阀运行参数的变化对并联运行的其他潜液泵的影响,对液压控制阀样机性能进行了试验研究,对于提高潜液泵液压控制阀工作性能具有一定的实际意义。

气动控制阀流量特性检测系统的研究与设计

气动控制阀的流量特性是阀门设计和使用中的重要参数。传统的气动控制阀流量特性检测方法存在精度低、效率低、可操作性差等缺点。为提高气动控制阀流量特性检测系统的精度、效率和可操作性,采用虚拟仪器技术设计了一套气动控制阀流量特性检测系统。该系统以LabVIEW为软件开发平台,使用Ansys-fluent软件对气动控制阀的流场进行仿真模拟,根据仿真结果实时调整优化试验条件,使流量特性检测结果更加准确、可靠。通过对比实验验证了该检测系统的可靠性和精度,并对该检测系统的可行性进行了分析,为气动控制阀流量特性检测提供了一种新方法。

Separate Control of High Frequency Electro-hydraulic Vibration Exciter

The working frequency of the conventional electro-hydraulic vibration exciters,which consist of a servo valve and a hydraulic cylinder,is generally restricted within a narrow range due to limited frequency response capability of the servo valve itself.To counteract such restriction,a novel scheme for an electro-hydraulic vibrator,controlled by a two-dimensional valve（2D valve） and a bias valve in parallel,is therefore proposed.The frequency,amplitude and offset are independently controlled by rotary speed,axial sliding of the spool of the 2D valve and axial sliding of the spool of the bias valve.The principle of separate control was presented and the regulation approach of frequency,amplitude and offset was discussed.A mathematical model of the hydraulic power mechanism for the proposed vibration exciter was established to investigate the relationship between the amplitude and the axial sliding of the 2D valve＇ spool,as well as that between the offset and the axial sliding of the bias valve＇s spool at various frequencies.An experimental system was built to validate the theoretical analysis.It is verified that the 2D exciter is capable of working smoothly in a frequency range of 5- 200 Hz.And its frequency,amplitude and offset can be controlled respectively by either closed loop or open loop method.There is a linear relationship between the output amplitude and the spool axial opening of the 2D valve until a point when the flow rate becomes saturate and the amplitude remains constant.The offset displacement of the cylinder＇s piston is linearly proportional to the axial displacement of the spool of the bias valve,when the valve opening is less than 25%.Thereafter,the slop of the offset curve decreases and tends to saturate.The proposed electro-hydraulic vibration controlled by the 2D valve not only facilitates the realization of high-frequency electro-hydraulic vibration,the high-accuracy of vibration can also be achieved by means of independent controls to the frequency,amplitude and offset.

旋启式止回阀关闭过程瞬态流固耦合特性研究

某核电厂重要厂用水系统止回阀的内部流动特性不明,缺少相应的应力应变分析,同时也较难对其进行试验研究。为此,采用动网格方法,建立了流固耦合计算模型,并进行了仿真计算,对核电厂重要厂用水系统旋启式止回阀关闭过程的流固耦合特性进行了研究。首先,针对某核电厂止回阀原型,建立了阀门及水体模型,并进行了网格无关性验证,确定了其最终的计算模型;然后,使用profile编写了阀板运动控制规则,设置了动网格模型,利用ANSYS单向流固耦合方法,设置了其交界面与约束条件,对止回阀瞬态关闭过程进行了仿真计算;最后,对关阀过程中不同开度的流场速度压力分布和结构场应力变形变化进行了分析。研究结果表明:在止回阀的关闭过程中,阀内流场最大速度在关闭初期为17.87 m/s,并逐步降低至0 m/s;止回阀的最大等效应力和最大变形量分别出现在转轴与阀体连接处以及阀板的最下部,分别为1.5474×108 Pa和4.74 mm,并随开度减小而增大。依据计算结果得到了该止回阀关闭工况的流场变化与阀门应力、变形响应特性,提高了设备运行的可靠性,可以为设备的优化设计提供参考。

基于挤压-阀混合式磁流变脂悬置动态实验研究

传统的磁流变悬置只采用单一的工作模式(如挤压式或阀式),并且在较短的行程所能提供的可控阻尼有限,很难适应大功率动力装置的隔振需求。挤压-阀混合悬置装置则充分利用了磁流变材料的挤压模式和具有径向流动的阀模式,在较小位移下能够产生大阻尼力,具有性能稳定可靠并且在有限的工作行程能够产生较大阻尼力的优点。文中对挤压阀悬置动态实验进行研究,通过动态实验分析了对隔振性能有重要影响的可控阻尼和刚度特性。结果表明,新型悬置的动刚度随着频率的增加先快速增大,随后逐渐趋于平缓,而等效阻尼随着频率的增加而快速减小,在20 Hz降低幅度逐渐趋于平缓。

基于主动喷射控制的反旋流密封静力与动力特性研究

反旋流喷射时间与喷射位置对密封静力与动力特性有较大影响,建立反旋流密封主动喷射控制数值模型,研究压比、预旋比对密封静力与动力特性的影响,分析反旋流主动喷射控制时压力与流速分布,从气流力做功角度揭示反旋流密封抑振机理。结果表明:增大转子涡动角可降低反旋流密封下游密封腔周向压差,提高转子稳定性;反旋流近转子轴心径向喷射对密封有效刚度影响较大,反旋流于转子涡动上游切向喷射可降低交叉刚度、提高有效阻尼,且压比越高、预旋比越大,反旋流对密封稳定性优化效果越显著,但会导致泄漏量增加。最高参数下,反旋流近转子轴心喷射比远转子轴心喷射耗散密封系统的能量高4.61%,切向喷射时于转子涡动上游喷射比位于涡动下游喷射耗散能量高3.30%,转子涡动角相同时,反旋流切向喷射较径向喷射能量耗散更显著。

S-CO_(2)发电系统负荷跟随控制策略及动态特性研究

为了解决超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))发电系统负荷跟随控制策略难以兼具变负荷快速和宽负荷高效的问题,该文针对600 MW S-CO_(2)再压缩循环发电系统,将阀门控制与库存控制耦合并对CO_(2)库存罐的布置形式进行改进,提出一种新型负荷跟随控制策略。与变负荷快速的阀门控制相比,该控制策略在75%~100%变负荷过程中使得系统循环效率最高提升13.73%,循环最高压力降低可达28.2%,降负荷速率相等。通过改进CO_(2)储罐位置使得系统升、降负荷速率分别提升2.75和1.96倍,一次调频性能得到明显提升。最后,通过对51%~100%变负荷过程系统关键参数的动态特性进行研究,证明所设计负荷跟随控制策略的合理性和有效性。

气动电磁阀动态特性优化

动态特性是衡量电磁阀性能的重要指标,同时也是最难解决的问题之一。通过建立某型号气动电磁阀的AMESim模型并进行动态特性优化仿真研究,分析不同控制方法对其动态特性的影响。通过仿真发现,当采用12 V和24 V单电压控制时,随着控制电压的升高,气动电磁阀打开时间缩短,关闭时间延长,达不到提高动态特性的目的;在分析原因后,提出24 V加4 V双电压控制方式,气动电磁阀打开时间和关闭时间均有所降低,但降低幅度不大,效果不明显;在分析本质原因后,提出三电压控制方式,最终气动电磁阀的打开时间由16 ms降低到9 ms,关闭时间由61 ms降低到11 ms,有效提高了气动电磁阀的动态特性。并通过试验验证了仿真的有效性。

一种基于伺服阀的调压系统仿真分析方法

针对临床供氧需求,提出一种基于气动伺服控制技术的氧气系统仿真分析方法。根据呼吸机工作原理选取气动伺服阀作为执行元件,通过特性测试试验得到其稳态、动态特性参数。基于此设计总体方案,对氧气调压系统内各个模块进行建模分析,并搭建Simulink控制仿真平台。仿真结果表明:该方法对于研究氧气调压系统有一定的工程应用参考价值。

气动控制阀流量特性检测系统的研究与设计

气动控制阀作为流体控制系统的关键设备之一,其流量特性对过程控制有着直接影响。该文设计一套基于LabVIEW的集试验装置,通讯模块,数据采集、分析模块于一体的气动控制阀流量特性检测系统,可对气动控制阀的流量特性进行在线检测和实时评估,最后用Ansys-Fluent分析气动控制阀的流量特性,将仿真结果与检测系统实测数据对比论证,结果表明,该系统能准确、高效地检测出气动控制阀的流量特性。该系统可为气动控制阀制造厂家(质检)、用户企业(维护)、维修企业(检修)提供科学的技术手段。

基于AMESim的智能综采工作面电液控制系统的仿真研究

以智能综采工作面电液控制系统为研究对象,介绍该系统的工作原理,分析五柱塞乳化液泵、卸载阀、电液换向阀组的工作原理和结构特点,建立关键元件的数学模型。基于AMESim仿真软件,构建系统关键元件的仿真模型,对不同工况状态下的系统进行仿真,分析卸载阀关键结构参数对系统压力特性的影响。结果表明:仿真模型准确,液压系统性能良好,乳化液泵的流量仿真结果与传统计算方法数值吻合,卸载阀不同阻尼孔参数对系统压力特性影响效果不同。