液黏调速离合器传动特性分析

针对液黏调速离合器实验装置中一对摩擦副间隙内流体流动开展研究,建立定常、层流条件下的简化数学模型,在假设流体黏度为常数的基础上,分别获得流场的近似解析解和数值解.数值研究结果表明:1)惯性力使得摩擦副间隙内流体切向线速度呈非线性分布,且小于忽略惯性力条件下的速度值;2)液黏调速离合器传动过程中,转矩损耗始终存在,该值与摩擦副间隙大小及输入、输出转速等因素相关,且与摩擦副间隙值呈三次方比例关系;3)由于转矩损耗及转速差的存在,使得任一摩擦副间隙值都对应一个最佳输出转速工作区间,在此区间内,传动效率较高.在理论分析研究的基础上,进行转矩传递特性的实验测试,发现实验结果与理论计算结果在曲线变化趋势上基本一致.     

一种脉宽调制式数字流量阀性能分析

数字阀有抗干扰、抗污染等优点,但直接控制的脉宽调制（PWM）式数字阀控制流量小、出口流量不连续等缺陷而限制了其应用。为此,设计出一种两级数字流量控制阀,其先导级采用基于PWM的高速开关阀,主级采用基于流量-位移反馈的插装阀,该数字阀具有结构简单、能量利用率高、先导数字控制、主阀连续输出流量等特点。阐述了该数字流量阀的工作原理,在SimulationX软件中建立了相应的数学模型,利用试验数据对主阀和先导阀模型进行了验证,通过仿真和理论推导得出主阀阀芯位移、总流量、放大倍数等参数与结构参数的关系,并对其性能进行了分析。结果表明：该数字阀工作原理是可行的,通过调整先导阀PWM控制信号占空比即可改变主阀出口流量。研究结果对该数字阀的进一步研发和改进有重要意义。     

基于数字流量阀负载口独立控制系统

负载口独立控制技术解决了传统阀控缸系统操纵性和节能性难以同时达到最优的问题,但负载口独立控制系统在恶劣工况下,控制器的抗干扰能力可能成为制约负载口独立控制技术广泛应用的一个关键问题。提出将PWM控制的新型数字流量阀应用于负载口独立控制系统中,介绍了新型数字流量阀结构及负载口独立控制系统原理,提出了对液压缸两腔流量、压力分别进行复合控制的控制策略。通过SimulationX软件建立系统仿真模型,对液压缸典型工况进行仿真分析。结果表明：通过对系统进行前馈 反馈复合控制,当载波频率大于40 Hz时,基于数字流量阀的负载口独立控制系统能够实现对液压缸速度的平稳控制。     

进出口独立控制液压挖掘机回转系统运行特性*

传统液压挖掘机回转系统是由单自由度的四边联动的多路阀控制,导致其可控性较差,能耗较大。针对这一问题,提出采用泵阀复合、压力流量匹配的进出口独立的回路原理,控制液压挖掘机回转系统,液压马达两腔的压力和流量可以根据不同的工况进行独立调节。建立液压挖掘机回转系统机械结构多体动力学与电液系统联合的数字样机,利用该样机对所提出系统的可行性进行验证,针对回转系统大惯性的特点,分别对启动阶段和制动阶段制定相应的控制策略,仿真结果表明系统运行平稳。在此基础上,进一步构建基于上述原理的试验系统,并与LUDV系统试验结果进行对比,试验结果表明采用泵阀复合进出口独立控制方法能耗降低25.5%~35.6%,阀口压力损失减小50%,显著抑制上车摆动现象。     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

先导数字调速阀特性分析

调速阀一般由定差减压阀和节流阀串联组成。当其工作在大压差、大流量场合下,布置在主回路上的减压阀压力损失大,会带来油液温升等问题。提出一种先导数字调速阀,主阀为流量放大原理插装阀,先导阀为由高速开关阀与定差减压阀串联组成的数字调速阀。高速开关阀为PWM控制数字阀,节流损失小、重复性好、抗干扰能力强。将定差减压阀应用在先导回路,由于控制流量小,可有效解决压力损失大、发热大问题。通过理论推导和仿真研究,验证了该阀可行性,并得出该阀性能与结构参数之间的关系,为其设计提供了理论基础。     

矿用提升机恒减速制动系统研制

现有矿井提升装备恒减速安全制动装备主要采用模拟控制,在紧急制动过程中存在平稳性差、减速度超调严重等问题,因此提出软硬件冗余全数字控制的恒减速控制系统.该系统采用了一用一备的液压控制回路;在电气方面,选用两套PLC300控制器以实现控制算法的软硬件冗余,采用两套PLC 1200控制两套电液伺服比例阀,实现液压控制系统的硬件冗余.利用仿真软件SimulationX对所研制样机进行建模,以完善控制器算法和参数.最后对样机进行测试,结果表明所提方案具有良好的性能.     

非对称泵直驱液压挖掘机斗杆特性研究

与阀控系统相比,泵控闭式系统具有无节流损失、驱动与动势能回收一体化的优点,是电液控制技术的发展方向,但对于目前广泛应用的单出杆液压缸,采用传统的进出口流量对称型液压泵,需要附加复杂的流量补偿回路平衡液压缸的面积差,在负载方向改变时会产生压力和速度突变,影响系统运行品质。为解决这些问题,提出一种能够匹配单出杆液压缸面积差的非对称泵闭式系统方案,在对称型轴向柱塞泵的基础上,将原配流窗口由2个修改为3个,其中与原泵出油口连通的窗口不变,连通单出杆液压缸的无杆腔。将原吸油窗口修改为2个,其中1个窗口与单出杆液压缸的有杆腔连通;第3个配流窗口为补偿窗口,与蓄能器或液压油箱连通。建立系统试验台,测试验证该新型系统方案的有效性,进一步将新回路原理用于控制液压挖掘机的斗杆,并对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行联合研究。研究表明,与传统对称泵控系统相比较,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,同时也显著降低了系统能耗。     

泵阀复合进出口独立控制液压挖掘机特性研究

传统四边联动阀控制液压执行器可控性差、在超越负载工况能耗大。为改进这些不足,提出动臂、斗杆液压缸和回转液压马达采用泵阀复合、流量压力匹配进出口独立控制、铲斗液压缸与行走液压马达采用原有四边联动阀的液压挖掘机整机方案。建立液压挖掘机机械结构多刚体动力学与电液系统联合的数字样机,利用该样机分别对采用负载敏感系统和新回路系统控制的动臂、斗杆和回转马达三个执行机构动静态性能和能耗特性进行研究。进一步构建基于上述原理的试验测试样机,试验结果表明所建立数字样机具有较高的准确性;采用流量匹配进出口独立控制方法可以显著降低阀口工作压差,提高能量利用效率,减小执行机构压力冲击,提高整机运行平稳性。