涡轮增压系统用高速开关阀的响应特性研究

高速开关阀是涡轮增压系统的重要部件,响应的快速性直接影响增压器的压比。根据高速开关阀的结构及工作原理,建立其数学方程。运用AMESim建立动态模型并进行了电流、阀芯位移、控制口的压力仿真分析,结合示波器测量的实际响应时间,证实仿真结果的可靠性。由于高速开关阀响应时间具有滞后性,研究分析改变阀芯质量、驱动电压、弹簧预紧力对响应特性的影响,并根据仿真提出了优化调整建议。     

影响高速开关阀响应特性的主要设计参数分析

为研究影响数字比例阀先导级高速开关阀响应特性的主要因素,以常闭高速开关阀为研究对象,阐述了该阀结构特征及工作原理,分析了数学机理,运用ANSYS电磁仿真软件建立高速开关阀轴对称二维瞬态电磁模型。通过对高速开关阀电磁特性分析及实验测试,验证了所建模型的正确性。基于该模型在不同线圈匝数、阀芯质量、线圈内阻、复位弹簧刚度、衔铁与挡铁吸合接触面积时,对高速开关阀阀芯运动各阶段进行动态模拟,分析了影响高速开关阀响应特性的主要设计参数。结果表明:线圈匝数对高速开关阀响应速度的影响最大,当线圈匝数增加67%时,高速开关阀开启时间延长27.8%,关闭时间延长11.6%,总响应时间延长21.6%;线圈内阻、阀芯质量与复位弹簧刚度3个因素对高速开关阀响应速度的影响次之,环形接触面积对高速开关阀总响应时间影响较小,磁轭壁厚对高速开关阀运动各阶段响应时间基本没有影响。     

基于AMESim的高速电磁开关阀动态特性研究

根据高速电磁开关阀机电液结构,采用AMESim建立了高速电磁开关阀仿真模型,基于该模型对高速电磁开关阀在PWM信号下进行动态特性仿真,通过PWM信号、电流、阀芯位移间的动态响应关系,分析了脉冲调制(PWM)控制信号对高速电磁开关阀动态特性的影响,对从信号控制方面改善高速电磁开关阀性能提供理论基础。     

脉宽调制先导级高速开关阀特性研究

在大型工程机械和农用车辆上,广泛采用电液比例阀作为工作装置控制元件。PWM先导级高速开关阀在100 Hz时良好的开关性能是决定电液比例阀性能的重要因素。该研究建立了高速开关阀的数学模型,并应用基于Simulation X系统的PWM高速开关先导阀的仿真模型,对高速开关阀阀芯位移响应特性进行研究,分析了弹簧刚度、工作气隙、衔铁质量、线圈电流等参数对阀芯位移响应的影响以及高速开关阀的流量特性,给出流量控制时PWM占空比的修正公式。     

基于电流调制的电磁开关阀开关特性研究

电磁开关阀是阀控液压系统中重要的基础流控原件，其开关特性决定系统整体性能。传统驱动方式下，阀芯位移响应滞后于励磁驱动电流，阻碍频响的提高。提出通过建立位移反馈提升阀芯在阶跃励磁电流作用下的电磁力的响应特性，进而提升电磁阀位移频响的方法。对二位二通电磁开关阀建立了动力学与电磁学方程，搭建了阀芯电磁-动力学关键参数测量装置。试验验证了试验装置可行性并获得了阀芯位移响应的开环传递函数。结合试验数据，在Simulink中搭建了反馈对电磁开关阀开关特性影响的验证系统。仿真结果表明，通过利用电磁阀位移反馈，阀芯位移对励磁线圈的阶跃响应改善显著，响应时间相比开环阀芯驱动缩短了近53%。     

常闭式高速开关阀设计与动态性能分析

设计了一种常闭式高速开关阀,利用Ansoft软件分析了线圈输入电流和阀芯位移对高速开关电磁铁的动态响应特性的影响;采用ANSYS仿真软件分析了阀口流场的压力和速度分布特性;讨论了复位弹簧的预压缩量、弹簧刚度及线圈匝数对阀芯动态性能的影响;所设计的高速开关阀的最大响应时间为9 ms;通过对ABS一个工作周期的分析证明,所设计的高速开关阀具有较高的响应速度,能够满足ABS的工作要求。     

基于AMESim的自动液力变速器高速开关阀动态仿真研究

以某型自动液力变速器高速开关电磁阀为研究对象,针对建模和开关阀部分主要参数对响应特性的影响进行了研究。分析高速开关阀的工作原理,建立了机械、电路和磁路数学模型,运用AMEsim软件建立了高速开关阀仿真模型,并分析了线圈匝数、励磁电压、介质压力等参数对高速开关阀位移响应的影响。仿真结果与性能检测试验数据对比表明,仿真模型能够比较准确地描述开关阀的动态性能,为高速开关阀特性和参数优化的研究提供理论参考。     

挤压机节流调速系统的研究

以125MN挤压机为背景,针对用于125MN挤压机活动横梁速度控制的原有节流系统,存在阀的稳定性差,控制精度不高的缺点,提出一种以电液比例控制阀为先导阀并带位移传感器和压力传感器的新型大通径(80mm)水节流阀,对该阀阀芯位置控制原理、流量特性、控制策略以及先导阀-节流阀系统动态特性进行研究;并采用状态空间法建立了节流阀阀芯位移控制系统的数学模型,用Simulink对该模型进行仿真,得出该系统在输入为一阶跃信号下的节流阀阀芯的位移动态响应曲线和速度动态响应曲线,并分析该节流阀在实际应用过程中的动态响应特性;得出了节流阀阀心位置控制系统仿真模型的响应时间和超调量,以及在实际应用过程中的响应时间和超调量.     

插装式比例节流阀动态响应的影响因素

插装式比例节流阀系统中叠加了位移反馈环节构成电闭环控制,介绍插装阀的结构及其工作原理,并应用仿真软件Simulation X建立插装比例节流阀仿真模型。通过仿真模型分析了主阀芯面积增益、主阀控制腔体积、先导阀弹簧压力等重要的结构参数对比例节流阀动态响应的影响,从而优化节流阀结构参数,使比例节流阀具有主阀开关响应速度快、超调量小、稳态误差小等良好的动态响应特性。     

基于GMA的液压高速开关阀特性分析

设计了基于GMA的液压高速开关阀,针对所设计的高速开关阀进行了静动态特性研究,建立其数学模型,通过数字仿真表明新型高速开关阀的开关时间为1.7 ms和1.9 ms,空载流量达20 l/min以上,并且分析了各参数对高速开关阀的性能影响,得出等效质量越大,阀芯开启上升时间越快,阀芯位移波动现象越严重;黏性阻尼越大,阀芯开启时间越慢,但阀芯位移波动越小;线圈参数对高速开关阀的开关时间影响很大,相同电阻时线圈时间常数越小,则阀芯开关时间越短,反之则越慢。     

新型矿用比例方向阀动态特性及控制方法分析

适用于液压支架的比例方向阀代替现有的开关型方向阀,是液压支架智能化的重要组成部分。提出了一款适用于液压支架系统的比例方向阀方案,其兼有手动开关控制模式和电液比例控制模式,建立了其数学模型和仿真模型,分析了其动静态特性。研究表明:主阀进液阀芯位移与输入信号占空比呈线性反比例关系;合理设计反馈槽宽度和进液阀芯面积比可以提高阀芯的响应速度;当仅有液压反馈时,进液阀芯位移仍受控于输入信号,避免了因传感器失效对控制系统造成的灾难性事故的发生;通过增加电反馈与原有液压反馈构成双反馈控制的方式,大幅提高了阀的响应速度、线性度、滞环等特性。     

A hybrid of surrogate model and MIGA method for optimization and compensation of steady-state flow force on water hydraulic HSV

In this research, a hybrid of surrogate model and Multi-island genetic algorithm (MIGA) is proposed for optimization and compensation of steady-state flow force on water hydraulic high-speed on-off valve (HSV) driven by voice coil motor. Firstly, a dynamic model on the spool of HSV is established, and the effects of spool displacement, spool half-cone angle, valve stem diameter and inlet pressure on the steady-state flow force of HSV are analyzed through the CFD simulation. Secondly, a quadratic response surface model is set up based on design of experiment (DOE) to analyze interactions of key parameters on steady-state flow force. MIGA is proposed to optimise the structural parameters of HSV, and the optimization results are analyzed and verified by CFD simulations. Simulation results demonstrate that the steady-state flow force is reduced significantly. Finally, the steady-state flow force in the optimized structure of HSV is also verified experimentally. The experiment results exhibit that the optimized spool can compensate about 71% for the steady-state flow force, then reduce about 15% the energy consumption of HSV. This research will provide the guide for the design and engineering application of HSV.     

溢流式高速缓冲气缸动力学建模与性能分析

针对具有内置溢流阀的溢流式高速缓冲气缸建立了非线性动力学模型,并运用Simulink软件建立仿真模型进行数值计算,得到气缸在缩回运动过程中的位移、速度以及各腔室压力的仿真数值解。为了验证仿真模型的正确性,搭建了高速气缸缓冲性能测试平台,对气缸在运动过程中的相关动态参数进行试验测试,通过试验数据与仿真结果的对比分析来对仿真模型进行验证。最后通过仿真分析了内置溢流阀的阀芯质量和预紧弹簧刚度对气缸缓冲性能的影响,结果表明,不同的溢流阀阀芯质量和预紧弹簧刚度都对气缸缓冲性能有较大的影响,为进一步研制更高性能的高速气缸缓冲结构提供了重要依据。     

纯水高速开关阀的设计与耦合仿真分析

设计了一种纯水高速开关阀，考虑阀中电磁回路、机械部分、液压系统之间的强耦合作用，建立了耦合数学模型，并利用专用软件构建了耦合仿真模型。仿真发现，当控制脉冲采用过小或过大的占空比时，开关阀流量控制会出现死区及非线性特征；而采用较大占空比时，开关阀流量受压降影响相对较小。由于阀芯与阀套间存在较大的粘性阻尼与摩擦力，阀芯位移的阶跃响应曲线并未出现超调现象，阀芯稳定时间较短，但受电磁铁磁滞的影响，阀芯关闭时间大于开启时间；同时发现阀芯线性度随控制脉冲频率的增大而降低，减小开关阀的开启、关闭时间，有利于扩大阀芯的线性度范围。     

不同形式阀口对数字液压缸性能影响的研究

四通换向阀是数字液压缸重要的组成元件,其阀口形式和尺寸与数字液压缸动态响应特性息息相关。讨论了长方形、U形和三角形3种不同形式的阀口结构,建立其阀口等效通流面积数学模型,得到其流量特性曲线。使用AMESim软件完成了数字液压缸模型的搭建并定义阀口形式和结构参数,研究了不同形式阀口对数字液压缸动态特性的影响。研究结果表明:长方形阀口流量增益最大,因此在液压缸运动所需流量相同的情况下,长方形阀口阀芯位移最小,U形和三角形阀口阀芯位移是长方形阀口阀芯位移的1.59和2.38倍;液压缸稳定运行阶段,长方形阀口形式下的活塞位移误差为1.41 mm,比其他两种形式阀口小73%和110.6%,而长方形阀口时活塞最终位移误差为0.51 mm,比其他两种形式阀口小7.8%和15.7%。最后通过数字液压缸性能测试试验进行验证。     

Development of a Novel Parallel-spool Pilot Operated High-pressure Solenoid Valve with High Flow Rate and High Speed

High-pressure solenoid valve with high flow rate and high speed is a key component in an underwater driving system.However,traditional single spool pilot operated valve cannot meet the demands of both high flow rate and high speed simultaneously.A new structure for a high pressure solenoid valve is needed to meet the demand of the underwater driving system.A novel parallel-spool pilot operated high-pressure solenoid valve is proposed to overcome the drawback of the current single spool design.Mathematical models of the opening process and flow rate of the valve are established.Opening response time of the valve is subdivided into 4 parts to analyze the properties of the opening response.Corresponding formulas to solve 4 parts of the response time are derived.Key factors that influence the opening response time are analyzed.According to the mathematical model of the valve,a simulation of the opening process is carried out by MATLAB.Parameters are chosen based on theoretical analysis to design the test prototype of the new type of valve.Opening response time of the designed valve is tested by verifying response of the current in the coil and displacement of the main valve spool.The experimental results are in agreement with the simulated results,therefore the validity of the theoretical analysis is verified.Experimental opening response time of the valve is 48.3 ms at working pressure of 10 MPa.The flow capacity test shows that the largest effective area is 126 mm2 and the largest air flow rate is 2320 L/s.According to the result of the load driving test,the valve can meet the demands of the driving system.The proposed valve with parallel spools provides a new method for the design of a high-pressure valve with fast response and large flow rate.     

大流量气动高速开关阀的优化设计

针对大流量高速开关阀切换时间长的问题,对高速开关阀流量特性进行了分析,获得了电磁铁工作气隙与阀芯直径的匹配关系;对高速开关阀动作过程进行了分析,建立了开关阀运动耦合瞬态场模型;对电磁铁结构参数进行了Ansoft Maxwell2D仿真,研究了衔铁中心开孔大小、衔铁厚度、绕组匝数对开关阀开启时间的影响。在理论仿真分析的基础上,提出了一种兼顾响应时间的大流量高速开关阀。研究结果表明,经过优化后的开关阀,在进口压力为7 bar时,流量可达720 L/min,而切换时间仅为9.5 ms。