面向动力电池振动试验台的新型电液激振器研究

电动车用动力电池出厂之前,需要在结构振动试验上模拟动力电池在汽车行驶过程中振动情况。其中试验台的激振技术决定了模拟路面振动的真实性和有效性。针对传统电液式激振器中的伺服阀成本昂贵,并且因其阀芯往复运动的结构原理限制,导致频宽难以取得突破的问题,设计了一款阀芯旋转式四通换向阀,提出了一种具有高频率输出的新型电液激振器。首先对新型激振器原理进行说明,设计阀芯旋转式四通换向阀并对其性能进行分析;其次对电液激振系统进行数学建模并仿真其动态特性;最后搭建试验台对新型转阀进行静态特性测试及结果分析。结果显示所设计的新型电液激振器可靠性高且频宽范围广。     

液压支架用电液换向阀的动态特征及流场特性仿真分析

为了提高液压支架的机械控制能力,利用电液换向阀完成支架控制箱动作控制。该文采用流体动力学仿真了电液换向阀的动态特征及流场特性。研究结果表明:当时间到达0.14 s时二级阀芯发生运动,出口流量快速增大至一个峰值状态;随着阀芯到达一个稳定运动状态后,换向阀也达到1013 L/min的稳定出口流量。换向阀在高压大流量系统内工作时将会快速到达峰值压力,产生液压冲击作用并使支架立柱受到破坏。当流体由阀套流至阀芯时因为过流断面的面积会迅速降低,使压力下降4.1 MPa,形成压力集中损失的区域,同时在阀芯的主流道区域还会形成均匀的压力分布状态。从阀口的下游最初进入阀芯的主通道位置时将达到最大流速,等于109 m/s,表明该部位形成了最小的过流面积。     

振动拉削系统振幅衰减特性分析与实验研究

为了探究振动拉削中导致激振幅值衰减的主要因素,以双伺服阀电液激振拉削设备为研究对象,综合考虑双阀电液激振系统动力学特性,以及拉刀多齿接触效应、工件尺寸参数等影响下的动态拉削力特征,建立了振动拉削过程中的激振系统模型;再分别通过理论计算及系统实验,对比研究了电液激振器在非线性负载扰动下实际输出力和输出位移的衰减波形,为振动拉削激振系统参数优化提供理论指导和实验依据。实验结果分析表明：振动频率是导致系统振幅衰减的主要因素,而动态拉削力通过影响激振缸活塞的运动特征使得输出波形的峰值衰减,甚至使位移振幅趋向于0。     

基于AMESim的阀芯回转式液压激振器的动态特性研究

针对传统液压激振器频率及负载难以提高的问题,提出一种阀芯回转式液压激振器。介绍了阀芯回转式液压激振器系统组成及工作原理,建立系统数学模型,利用AMESim软件对系统进行仿真分析,得到不同阀芯转速、供油压力、负载下系统的动态特性。结果表明:改变电机转速、供油压力,即可对激振器的振幅幅值、速度、加速度、激振力进行控制;负载的大小对该激振器整体性能影响较小。通过对该激振系统的仿真研究,为设计高负载高频率的液压激振器提供了理论依据。     

2D高频数字换向阀

为了提高电液激振器的激振频率,提出了一种新型2D数字换向阀,该阀在结构上利用阀芯的双运动自由度,阀芯由伺服电机驱动旋转,另一伺服电机通过偏心机构驱动阀芯作轴向运动,通过改变周期性变化阀口面积的大小,进而控制阀的流量输出.2D阀的结构简单、抗污染能力强、有利于得到高的频率、无滞环和直接数字控制等优点.     

新型电液激振试验台的高频特性研究

电液激振试验台是在振动机架上安装电液激振器,由激振器产生激振力,作用在实验对象的某一局部区域,使其产生强迫振动。该文根据液压马达的大功率、大扭矩的特点,提出了一种由马达驱动高频激振阀的新型电液激振试验台研究方法。该方法主要是通过液压马达对2D激振阀阀芯的旋转进行驱动,采用流量阀控制进入马达的流量达到控制阀芯转速的目的。应用流体动力学和系统动力学理论建立电液激振试验台数学模型,对建立的试验台进行实验研究,同时测得液压缸活塞输出的激振力波形。实验表明:该试验台可以大幅度地提高激振频率,达到1200Hz以上的激振频率,激振输出波形近似为一正弦波。马达驱动2D阀的新型电液激振试验台是提高液压振动的激振频率的有效途径。     

2D阀控单出杆激振缸低频特性研究

针对传统电液激振器振动频率难以提高的现状,提出了一种基于差动连接的2D阀控单出杆液压缸的新型电液激振器。阐述了激振器的工作原理,建立了数学模型并进行了仿真分析,设计了电液激振器并进行了实验研究。理论和实验结果表明:振动频率在5Hz以下工作时,激振器输出的振动波形容易出现饱和现象;随着频率的提高,饱和现象就不容易出现。激振器输出力的大小与2D阀的轴向开口成正比关系,轴向开口越大,输出的力越大。     

三维离心环境下的电液伺服阀特性分析

分析离心环境角速度矢与主阀芯轴向同面垂直、异面垂直及平行等三种典型空间姿态下的电液伺服阀基本特性。根据转动式牵连运动动力学理论,得到衔铁挡板组件、主阀芯的动力学特性以及三维离心环境下的电液伺服阀数学模型,分析离心环境对电液伺服阀衔铁、挡板以及主阀芯三处特征位移的影响。得到电液伺服阀耐加速度性能的布局措施,当主阀芯轴向与离心角速度矢平行布局时伺服阀耐加速度能力最强;当主阀芯轴向与离心角速度矢异面垂直布局时伺服阀耐加速度能力次之;当主阀芯轴向与离心角速度矢同面垂直布局时伺服阀耐加速度能力最差。采用某型电液伺服阀进行验证,根据控制电流为零时的空载流量求得主阀芯偏移量,得到其与离心加速度的数学关系。试验结果和理论结果相吻合。     

换向阀阀芯先导控制特性分析

以全液压转向系统用某型换向阀阀芯先导阀口为研究对象,针对转向过程中换向阀的工作原理,推导出换向阀先导阀口在不同阀芯位移处的过流面积计算公式,并利用Excel软件将过流面积计算数字化。针对现有换向阀阀芯在极限位移处左右摆动导致整机转向较慢的现象,利用过流面积的计算模块对换向阀先导阀口过流面积曲线进行优化,优化后的仿真和试验结果表明阀芯摆动现象消失,整机转向时间减小。通过该项研究为换向阀阀芯的优化设计提供一定的参考作用。     

常见滑阀最小过流面积分析与计算

该文分析推导了滑阀常见的阀芯开口形状及阀芯行程与过流面积的关系.给出了几种开口过流面积与阀芯移动的函数解析式.并对两种具有代表性的复杂的阀口过流面积的计算进行了具体的分析和推导.该文对复杂阀口研究和设计计算及操作性和可控性及噪声研究具有一定的参考价值.     

回转式电液伺服阀及其在液压系统中的应用研究

回转式伺服阀作为直动式电液伺服阀的一个分类,利用阀芯(或阀板)相对阀体作旋转运动来实现油路的开闭、换向和流量调节。相对于滑阀,转阀具有结构简单紧凑、流量分辨率高、无加速度零漂、抗污染能力强及维护方便的特点。回转电液伺服阀作为电液伺服控制系统的控制元件,具有其自身的特点和优势,尤其是单级、高频响、大流量阀的研究开发,已成为电液伺服阀发展的一个重要方向,前景广阔。该文对伺服转阀进行了归类并针对国内外液压伺服转阀的研发现状、结构特点、功能的具体实现及设计原则进行了详细的分析和梳理。最后,结合现有的伺服转阀探讨了一种满足更高要求的新型结构形式。该文将为回转式电液伺服阀的研发及应用工作提供参考。     

转阀控制式脉冲波生成方法

脉冲波浪的模拟产生及其对海洋工程结构冲击的研究已成为研究的热点。为更真实地模拟高能量的冲击波浪,提出一种转阀控制式脉冲波生成方法,利用Matlab/Simulink工具进行新方法数学模型的数值分析,研制出转阀控制式推板造波试验装置,并进行试验验证。研究结果表明：转阀控制式推板造波系统能够实现波幅在确定推板频率下进一步提高,且易于叠加生成脉冲波浪;试验水槽中的水深对生成波浪的波幅有一定的影响,水深越深,生成脉冲波波幅也越高;脉冲波波幅的大小取决于系统中的阀口轴向开度和供油压力的控制,且阀口轴向开度和供油压力设定越大,脉冲波波幅越高。新的造波方法对指导大功率电液控制式造波装置实现更大能量脉冲波浪具有重要的工程价值。     

振动环境下插装阀的动态特性

为研究强振动环境对二通插装阀工作性能的影响,建立了振动环境下的二通插装阀结构模型及AMESim仿真模型,分别分析振动条件及插装阀结构参数对其动态特性的影响规律。研究表明:基础振动会引起插装阀阀口流量及阀芯开度出现波动现象;阀芯在稳态时的波动程度随基础振动幅值线性增加,振动频率大于20Hz后,波动程度明显。较小的阻尼孔径会使流量上升至最大值的时间增加,但通过阀口的流量更平稳;插装阀在开启状态时,阀芯波动值与阀芯质量呈正相关关系;改变插装阀的面积对改善流量波动现象效果有限;增加弹簧刚度可以改善流量波动现象,但会使通过阀口的流量减小。     

2D阀控电液激振器的优化设计和实验研究

为了进一步提高电液激振器的激振频率和控制精度,并降低其加工和安装难度,提出了2D高频激振阀的新结构和控制方法。通过增加2D阀阀芯沟槽与阀套窗口的沟通次数,改进与无刷直流伺服电机连接的高速齿轮箱传动机构,设计混合式直线步进电机与堵头连接以控制阀芯轴向位移,实现了对2D高频激振阀的结构优化。经理论以及实验研究表明：新型2D高频激振阀的结构简单,控制精度高,激振频率最高可达3000Hz。     

电液伺服阀动态特性数据处理方法的研究

电液伺服阀动态测试过程中,由动态缸高频振动引起的测试台架振动、现场存在变频器等设备造成的电磁干扰以及传感器电源波动等因素,均会以速度测试通道噪声的形式窜入数据采样通道,这些噪声信号幅值强弱不同且频宽很广,采用硬件滤波手段难以有效消除,导致电液伺服阀的频率特性测量数据信噪比降低,如果不进行有效的数据滤波处理,会导致对电液伺服阀动态性能评价失效。针对这一问题,提出了采用FIR和IIR滤波器双联滤波的方法,并对含有上述噪声信号的数据进行了理论分析和实验研究,结果表明,该方法有效的消除了非线性干扰,提高了电液伺服阀动态特性的测量精度。     

影响锥阀阀芯轴向振动的关键因素

锥阀由于结构简单、密封性好、响应快,在液压系统中被广泛采用。而锥阀在使用过程中易产生振动、噪声与空化等现象,影响了液压系统的调压稳定性和工作可靠性。锥阀从本质上来看是由阀芯-弹簧构成的弹簧质量振动系统,在流场扰动因素的作用下极易产生振动,从而引起压力调节阀的调定压力产生波动。运用流固耦合的方法分析了不同阀芯结构对锥阀轴向振动的影响,发现在阀芯轴向振动过程中阀口逆压力梯度区的压力波动幅值和相位会产生剧烈变化,对阀芯轴向振动幅值产生较大影响。     

低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究

锥阀是压力控制阀中常用的阀结构形式,其阀芯的轴向振荡直接影响着压力控制阀的调压精度和工作稳定性。针对先导级锥阀,运用可视化的试验方法,研究锥阀在弹簧预压缩量不变且开启压力低于2.5 MPa时的阀芯振荡过程和阀口空化现象。结果表明,阀芯的振荡型态与流量密切相关。在流量低于2.0 L/min的失稳振荡现象中,阀芯会撞击阀座,阀口处流场瞬间断流,大量气泡在阀口尾部快速溃灭,并出现明显的回弹现象;在流量高于2.6 L/min的失稳振荡现象中,阀芯不会撞击阀座,阀口处出现有空化和无空化两种情况,且有空化失稳振荡时的阀芯振动和压力波动幅值明显大于无空化时;流量介于2.0~2.6 L/min时,阀芯的失稳振荡处于过渡区间,撞击阀座和不撞击阀座的现象都可能出现。     

Output waveform analysis of an electro-hydraulic vibrator controlled by the multiple valves

The existing research of the electro-hydraulic vibrator mainly focuses on system stability, working frequency width and output waveform distortion. However, this high frequency performance of the electro-hydraulic vibrator is difficult to be improved greatly due to fast insufficiently frequency response of the servo valve itself and limited compensation capability of the control structure in the vibrator system. In this paper, to realize high frequency vibration, an improved two-dimensional valve （here within defined as a 2D valve） as a main control component is adopted to the parallel connection with a servo valve to control the electro-hydraulic vibrator, Because the output waveforms of this electro-hydraulic vibrator are incapable to be verified through timely feedback as in the conventional electro-hydraulic servo system, the analysis to the output waveform becomes crucial to the design and control of the electro-hydraulic vibrator. The mathematical models of hydraulic actuation mechanism and the orifice area of the parallel valves connection are established first. And then the vibration process is divided into two sections in terms of the direction of the flow, the analytical expression of the excited waveform is solved. Based on relationships exist between working states and the control parameters the analytical results, the vibration boundary positions and the are derived. Finally an experimental system was built to validate the theoretical analysis. It is verified that this electro-hydraulic vibration system could achieve high working frequency, up to 2 000 Hz. The excited waveform is similar to the sinnsoidal waveform. And the ascent and decent slopes of the waveforms are somewhat asymmetrical. This asymmetry is not only caused by the change of the direction of the elastic force but also dependent on the bias position of the vibration. Consequentky the distortion of effective working waveform is less tha~ 10%. This electro-hydraulic vibrator controlled by the multiple valves could not only greatly enhance the working frequency but also precisely control the vibration characteristic variables such as waveform shape.     

微非对称结构燃油伺服阀压漂特性

偏导射流伺服阀前置级结构形式对压力漂移有极大影响。根据前置级结构参数的计算公式及伯努利方程,建立简化后前置级数学模型。以某款燃油电液伺服阀为研究对象,着重分析劈尖、接受口内侧边、接受口外侧边及V形槽等结构非对称性的影响。采用数值模拟的方式对不同回油压力及不同结构非对称条件下的前置级流场特性和压力漂移进行了仿真研究。通过PIV技术进行了流场可视化实验,验证了数学模型及仿真结果,得到了该款电液伺服阀零漂最大的工况及大小,并对改善偏导射流伺服阀的零漂提供了一定的参考依据。