永磁弹簧式溢流阀的设计理论研究

针对目前溢流阀中螺旋式调压弹簧在使用过程中易失效的问题,提出了一种基于永磁弹簧的直动式溢流阀设计方案。利用磁荷积分法和有限元法对永磁弹簧力学特性进行了分析建模,针对航空伺服系统的指标要求,设计了永磁弹簧式溢流阀整体结构和关键参数。     

基于永磁弹簧-摆动导杆的变刚度机构力学特性研究

提出一种可用于变刚度关节驱动器的永磁弹簧-摆动导杆变刚度机构,采用轻质绳索牵引改变永磁弹簧气隙间距及初始刚度,同时利用摆动导杆机构运动改变内外圈相对转动所需扭矩大小。分析了变刚度机构的刚度调节机理,阐述了变刚度机械结构。通过永磁弹簧气隙间距-磁力实验结果获得永磁弹簧刚度模型,并根据变刚度机械结构建立的静力学模型分析了机构的力学特性。通过Matlab数值仿真,结果表明永磁弹簧初始刚度对弹簧压缩量及导杆转角的影响规律。根据永磁弹簧与定刚度线性弹簧的绳索拉力变化,对比结果表明采用变刚度永磁弹簧可以进一步增加绳索的拉力变化范围,即可以有效增大机构的刚度变化范围。     

永磁弹簧先导式溢流阀导阀设计与性能分析

针对机械弹簧疲劳、断裂、塑性变形等导致溢流阀工作性能降低的问题,提出一种基于斥力的永磁弹簧先导式溢流阀导阀结构。利用CFD对先导阀进行流场仿真分析,利用AMESim对传统机械弹簧先导式溢流阀和永磁弹簧先导式溢流阀进行特性仿真,得到不同系统压力时的阶跃压力响应曲线和稳态压力-流量特性曲线。对机械弹簧先导式溢流阀和永磁弹簧先导式溢流阀进行稳态压力-流量特性试验。分析结果表明:永磁弹簧先导阀结构设计合理;相较于机械弹簧先导式溢流阀,其动态性能更好,定压精度更好。     

基于永磁弹簧的变刚度关节驱动器设计

提出一种基于永磁弹簧的变刚度机器人关节驱动器,采用蜗轮、蜗杆驱动绳索调整永磁弹簧气隙间距,实现驱动器变刚度控制;分析基于绳索-永磁弹簧组的关节驱动器变刚度原理并进行结构设计,对变刚度收线蜗轮、蜗杆结构参数进行设计计算.     

一种高压大流量插装式先导型溢流阀的仿真分析与优化设计

针对一种高压大流量插装式先导型溢流阀展开仿真分析与优化设计。首先对溢流阀主要结构参数进行初步设计计算;然后根据溢流阀内部结构建立AMESim仿真模型并进行仿真,对主阀阻尼孔、先导阀阻尼孔、主阀弹簧刚度、主阀弹簧预紧力、先导阀弹簧刚度、先导阀弹簧预紧力等重要参数进行特性影响分析;最后根据仿真分析结果,采用响应曲面与非支配排序遗传算法相结合的方法,求解一定范围内溢流阀最优结构参数,实现溢流阀满足高压大流量指标且调压偏差尽量小的要求。     

先导腔动压反馈比例溢流阀的动态特性分析

比例溢流阀是保证工程机械运动稳定性的重要元件,针对普通比例先导溢流阀工作过程中响应速度慢和压力超调大的缺陷,该文设计了一款先导腔动压反馈式比例溢流阀。通过数学建模分析了溢流阀的静态和动态特性,并运用AMESim软件对所设计的比例溢流阀进行仿真分析,研究了影响溢流阀性能的结构参数,并验证了数学模型的正确性;用液压刚度替代了弹簧刚度,在结构上克服了弹簧工作过程中响应速度迟缓的缺点,有效改善了溢流阀的寿命。仿真结果表明,改进后的溢流阀较普通比例先导溢流阀的调压精度好、调压范围大,其性能上有明显的提高,对溢流阀的研究设计有一定的参考价值。     

3自由度等刚度永磁弹簧的尺寸参数特性研究

对一种3自由度等刚度永磁弹簧的尺寸参数特性进行仿真与实验研究。该永磁弹簧由3组环形永磁体和柱形永磁体均匀对称布置构成。根据永磁弹簧的结构,利用ANSOFT软件对永磁弹簧尺寸参数进行有限元分析,对径向磁力进行仿真计算,并利用实验验证,仿真结果与实验测量结果基本吻合。由分析结果得出随着环形永磁体平均半径的增加,弹簧径向磁力减小。随着柱形永磁体的半径和轴向长度、环形永磁体的轴向长度的增加,弹簧径向磁力增加。随着环形永磁体和柱形永磁体间的竖直方向气隙长度的增加,弹簧径向磁力呈抛物线趋势变化。为3自由度等刚度永磁弹簧的设计提供了依据。     

基于AMESim的二级调压直动式溢流阀性能分析

溢流阀是保证工程机械液压系统稳定工作的重要元件。装载机运行过程中,旁接在液压系统主泵出口的溢流阀存在有溢流阀阀芯的振动和噪声问题。为此,设计了二级调压直动式溢流阀,通过结构上设计二级阻尼孔、采用双弹簧结构、并在弹簧腔与出油口之间设置阻尼孔来解决上述溢流阀阀芯的振动和噪声问题。通过数学建模分析了溢流阀的静态特性和动态特性、运用AMESim软件对所设计的溢流阀进行仿真、分析了影响溢流阀性能的参数,并验证了模型的正确性。仿真结果表明,改进后的溢流阀其性能较普通直动式溢流阀有明显的提高:调压精度好、调压范围大、响应速度快;同时解决了装载机阀芯与阀座的碰撞问题,降低了溢流阀的故障率;降低了弹簧预压缩量,提高了弹簧的使用寿命,研究结果对溢流阀的设计有一定的参考价值。     

三自由度等刚度永磁弹簧的力学特性研究

设计出一种三自由度等刚度永磁弹簧,并根据单组永磁体结构,采用虚位移法建立其径向磁力解析模型,利用有限元方法对径向磁力进行了仿真计算。仿真结果和模型计算结果基本吻合。解析计算与仿真结果表明,该永磁弹簧的径向磁力随着径向位移的增加而增大,随着轴向位移的增大而减小。在永磁弹簧平动平面内,两个移动方向的刚度系数和垂直于平面中心的回转刚度系数均相等。在径向位移较小时,径向位移与弹簧刚度系数近似成线性关系。     

双级溢流阀先导阀供油流道布局分析

为适应重大装备双级溢流阀的压力稳定性要求,采用带平衡活塞结构的溢流阀作为先导阀,实现减振稳压的效果,其先导阀必须通过斜长孔从阀芯侧面供油,这种侧向通油流道极易导致偏心、阻塞或卡死现象,加大了结构设计的难度。为此,该文采用CFD流体计算仿真方法,分析不同的流道布局对阀性能的影响,取得了先导阀供油流道的孔数、孔径和位置等优化参数。     

一种气压自适应伺服活门的结构和特性

提出了一种适用于航空发动机控制的气压自适应伺服活门结构。基于该结构的工作原理建立了数学模型,利用AMESim进行了仿真分析,得出了该结构的气压自适应伺服特性,对弹簧刚度、杠杆比、真空膜盒有效面积等关键设计参数的影响和选取进行分析研究。结果表明,基于真空膜盒构建的伺服活门结构可以实现气压自适应控制,该结构具有控制线性好、气压跟随好等特点,并成功应用于某型活塞位置控制系统。通过合理选取杠杆比参数可以获取不同的控制特性,在航空发动机控制领域有广泛的应用前景。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

伺服力矩马达输出转矩影响因素分析

电液伺服阀作为液压伺服控制元件中的核心元件,能将微弱信号转换为大功率信号,力矩马达作为电液伺服阀的核心元件,其性能直接影响电液伺服阀的性能。为了分析力矩马达输出转矩的影响因素,基于AMESim搭建仿真平台对各个因素进行分析,结果表明,永磁体剩余磁化强度、衔铁中心到衔铁末段距离、气隙处磁极面积和线圈匝数对力矩马达输出转矩影响较大,永磁体的长度以及横截面积和衔铁处于中位时气隙长度对力矩马达输出转矩影响较小,并通过试验验证了其正确性。     

基于DSP的交流永磁同步电动机运动控制系统研究

为了提高交流永磁同步电动机运动控制系统的控制精度,讨论了基于DSP的永磁同步伺服控制系统的软硬件组成及设计方案,采用转子磁场定向矢量控制和TMS320LF2812数字信号处理器,实现了对永磁同步伺服电动机的矢量控制。采用高速、高精度的DSP芯片以及矢量控制的永磁同步电动机伺服控制系统具有良好的动态响应性能和静态性能,并具有结构紧凑、设计合理和控制灵活等优点。     

基于挤压油膜理论的二维电液压力伺服阀稳定性分析

针对飞机液压刹车系统,设计了一种2D电液压力伺服阀,以2D伺服螺旋机构为导阀,通过弹簧与主阀联动,采用直线位移传感器形成闭环位置反馈,精确控制出口压力;基于挤压油膜理论设计阀体结构,增大系统阻尼比,提高系统稳定性;在建立阀和油膜缓冲数学模型的基础上,仿真分析了主阀正开口量与弹簧变形量和主阀输出压力之间的关系,确保该阀具有良好的电流-压力特性;对初始系统、减小开环放大系数和增大系统阻尼比三种情况进行了稳定性仿真分析,验证了引入油膜阻尼缓冲设计的必要性。     

Practical behavior of advanced non-linear hydraulic servo system model for a mold oscillating mechanism depending on line volume

We studied a mold oscillating mechanism for continuous casting. An equivalent hydraulic servo system model was established including a non-linear property and line volume near the hydraulic cylinder. The analysis focused on a practical behavior of the system. To observe an oscillated object and dynamic responses, an equivalent stiffness, damping ratio and simple mass-damper-spring 1-DOF model were established by Karl-Erik Rydberg’s research, and showed hydraulic cylinder pressure and line volume near the hydraulic cylinder. Especially, hydraulic pressure including statue of a mechanical and hydraulic cylinder was analyzed in the time and frequency domain. The results were validated by comparing responses between the 1-DOF model and the nonlinear hydraulic servo system model. The line volume that connects the hydraulic cylinder and the hydraulic servo valve has great effect on damping ratio and natural frequency of the hydraulic servo system. When the line pipe has high volume compared to normal statue, the hydraulic cylinder pressure has sharp peak frequencies that are located on natural frequency and its duple-harmonic terms with sideband peaks; (±2×exciting frequency) space. Based on this fact, we investigated the model using sensitivity analysis, and explained an oscillating mechanism about the mold oscillator by applying additional spring. A design of robust control for the mold oscillator was suggested by Negative strip time criterion, and maximum additional spring stiffness was shown.     

一种数字伺服阀驱动机构的性能研究

数字伺服阀是未来伺服阀发展的一个重要方向,其大多采用驱动机构直接驱动阀芯工作的方式,因此性能优良的驱动机构能很大程度上提升整阀的性能。给出了一种基于永磁同步电机和丝杠的新型数字伺服阀驱动机构,并对其进行了深入的理论、仿真分析和相应的模拟带载试验,其性能可满足大流量数字伺服阀的性能需求。     

液压源低压安全阀密封失效分析及改进措施

预研伺服液压源在进行低压安全阀可靠性试验时发现:压力腔加压到一定程度时,部分安全阀不能及时按照设计预定开启,部分不能达到设定泄流量,并存在漏油现象。为此,对低压安全阀进行故障清查与分析,最终确定了改进阀体结构和优化加工工艺方法的研究方向。