电液谐振式高频疲劳试验台动态特性研究

针对由单出杆液压缸与二位三通2D阀组成的电液谐振式高频疲劳试验台,因单出杆液压缸无杆腔与2D阀相连,有杆腔恒通油源。而2D阀突破常规电液伺服阀频宽极限,具有宽频带、高频响等特点,通过改变阀芯旋转速度及阀口轴向开度,可对系统分别进行变频、变幅控制。对采用2D阀控制技术的电液谐振式高频疲劳试验台建立数学、仿真模型,并对该试验台谐振工况进行仿真与实验研究,结果表明该系统谐振工况输出位移（载荷力）与激振力大,消耗外界功率低。     

振动拉削双阀激振系统输出波形稳定性分析及实验研究

为了分析振动拉削系统在加工过程中电液激振输出幅值稳定性问题,首先引入流量耦合线性模型和拉削负载力模型,构建了双阀激振系统的传递函数,推导了系统输出位移和输出力的时域响应函数;再利用MATLAB仿真计算及绘制开环系统的Bode图和幅值时域响应曲线;最后,利用自行研制的振动拉削实验平台所测得的激振器输出幅值与仿真结果进行对比分析,研究结果表明:激振信号的频率会影响输出波形的平衡位置及波动幅值,激振信号频率越高,输出波形越容易调节;而拉削负载力主要影响输出波形的振荡次数,负载力越大,输出波形越不稳定。因此,为了使拉削过程中激振输出波形更加稳定,一方面可适当提高激振缸缸径和行程的比值,以增大系统极限响应频率,另一方面需蓄能装置或大流量型开关阀平衡激振缸容腔压力配比。     

双弹簧电液激振缸振幅补偿性能的研究

传统的电液激振缸随着激振频率的提高,振动幅值急剧衰减,振幅补偿性能变差。为了解决这一问题,设计了一种双弹簧电液激振缸结构。分析了双弹簧电液激振缸的工作原理,建立了其数学模型和AMESim仿真模型,研究了激振频率、补偿弹簧刚度对其活塞杆位移的影响。结果表明：当激振频率为28 Hz、补偿弹簧刚度为31 N/mm时,激振缸活塞杆的位移增大6.24 mm,相比同一条件下的传统电液激振缸增大了15倍多;在双弹簧电液激振缸的工作过程中,其活塞杆位移振幅存在振荡区和稳定区,稳定区内的振幅大小直接决定了振幅补偿效果的优劣;在补偿弹簧刚度一定的情况下,活塞杆位移振幅不与激振频率呈简单的正相关或负相关关系,而在某一激振频率下谐振现象最明显,能使振幅补偿效果达到最优;激振频率不同,则补偿弹簧最优刚度不同,随着激振频率的提高,补偿弹簧刚度应相应增大。相比于传统的电液激振缸,双弹簧电液激振缸的振动幅值有较大提升,在工程应用中能取得更好的振幅补偿效果。     

电液四轴高频结构强度疲劳试验系统

电液激振器受传统的电液伺服阀频响特性的限制,其激振频率难以提高,采用2D阀替代传统伺服阀组成电液激振器的方案,该激振器通过增加阀芯的旋转速度来提高其激振频率,同时将该电液激振器应用于4轴高频结构试验系统。对试验系统的结构和工作原理进行了分析讨论,包括频率、幅值和相位的控制方法。基于系统的频响仿真分析,提出了4个作动器的同步控制策略,对理论分析进行实验验证。试验结果表明:该电液四轴强度疲劳试验系统能在40 Hz~200 Hz范围内对试验对象进行同步加载试验,其频率、幅值连续可控。     

引信小型气流激振压电发电机试验研究

针对引信小型物理电源体积与功率矛盾问题,课题组提出了小型气流激振压电发电机结构方案。建立了测量小型气流激振压电发电机输出特性的试验系统,对原理样机进行了吹风试验研究,测量了发电机的激振力、输出电压,并分析了其振动频率、输出功率以及能量转换效率;试验数据表明,在所研究的气流速度范围内,激振力曲线呈正弦波形,幅值随入流速度的增大而线性增大,频率较高且稳定,约6 k Hz,频率变化在9%以内;压电换能器工作在线性段,输出电压值与激振力幅值成正比,频率一致,符合振动压电发电机的能量转换原理;在负载匹配的情况下(R=3 kΩ),最高能输出85.3 m W的电能,且发电机的转换效率为1.2‰。其输出特性可满足在小口径及低功耗引信的应用;具有结构简单、体积小、振动频率高且无活动部件等特点,有作进一步研究的价值。     

柱棒式超磁致伸缩能量收集器的设计与实验

为了能够利用自然界中的振动能量,弥补传统微器件供能方式的不足。设计制作了一种以超磁致伸缩材料(GMM)为基础的振动能量收集装置,并通过实验加以验证其能量收集特性;首先,通过对超磁致伸缩材料物理特性的分析,进行了能量收集装置理论建模与仿真分析;然后,根据仿真分析的结果设计了一套柱棒式的超磁致伸缩能量收集器;最后,通过搭建实验平台进行了效果验证。实验结果表明:当输入激振信号频率f_n不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入振动信号的幅值F_m成正比;当输入振动信号幅值F_m不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入激振信号的频率fn成正比;在激振应力最大值为2.54 MPa、频率100 Hz的正弦激振条件下,感应线圈100匝的实验条件下,超磁致伸缩振动能量收集器输出电动势峰-峰值为136.4 mV,与理论值(156 mV)符合较好,且波形一致。     

哑铃形热声谐振器的谐振频率

热声自激振荡模态取决于声学谐振器结构形式和特征尺度。级联型热声热机依靠哑铃形谐振器来调制所需要的局部高阻抗行波声场,谐振管通常由几段不同横截面的管段组成。哑铃形热声谐振器的谐振频率由共鸣腔容积、谐振管截面和长度共同决定。根据哑铃形谐振器不同截面管段内的声传播规律、共鸣腔声学边界条件以及管段间的声压和体积流率连续条件,利用行波叠加的方法,建立均匀管模型、变截面模型和热声网络模型,得到了系统谐振频率随共鸣腔容积变化和谐振管特征尺寸变化的规律。系统谐振频率的变化将引起最佳听音点的位置的移动,进一步起到调节回热器声阻抗的作用。实际热声热机实验研究中,通过改变谐振器特征尺度或结构形式调节系统的谐振频率,也是热声热机调试过程中实现自激振荡的主要手段。     

陷波滤波器谐振抑制参数优化方法

针对伺服系统谐振抑制中,陷波滤波器的深度和宽度不合理而使谐振抑制不理想的问题,提出陷波滤波器谐振抑制参数优化方法。利用速度偏差的FFT变换得到谐振频谱图,以最大幅值处的频率确定陷波频率;在频谱图上以曲线任意点的幅值与最大幅值的比值确定深度参数,并且以所对应的频率与谐振频率的宽度确定宽度参数;为了保证参数的合理性,以滤波后谐振频率处的幅值为适应度,利用改进粒子群优化算法对陷波深度和宽度参数进行优化,避免因噪声干扰和负载变化而使陷波参数陷入局部最优。实验结果表明：该方法能在线分析机械谐振并且匹配最优参数,可以大幅度降低机械谐振。     

旋转配流激振阀输出特性分析及试验验证EI北大核心CSCD

提出一种旋转配流激振阀,为研究进口压力和阀芯换向频率对旋转配流激振阀输出特性的影响规律,采用多参考系方法(multiple reference frame,MRF)进行流场动态仿真,获得旋转配流激振阀输出压力和流量的动态特性曲线,并搭建电液激振试验台对仿真结果进行验证。研究结果表明:进口压力由14 MPa增至16 MPa,旋转配流激振阀输出压力、流量峰值分别提高了1.16%和6.98%;阀芯换向频率由100 Hz增至180 Hz,输出压力、流量峰值分别降低了1.24%和18.6%;进口压力工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.18%、2.14%;换向频率工况下,输出压力、流量的仿真和试验结果的平均误差分别为0.10%、1.76%。仿真和试验结果整体趋势基本一致,证实了旋转配流激振阀结构的合理性及仿真模型的正确性。     

玻璃振动模压中变幅杆高温模态分析及实验研究

为研究应用于光学元件的超声振动模压中变幅杆的高温振动特性,基于纵振波动方程设计所需频率的超声变幅杆,利用Creo软件建立其参数化模型。考虑变幅杆高温下的材料特性变化,结合实验所得数据对高温下的变幅杆进行模态分析,得到其在高温下的谐振频率。分析研究表明,变幅杆谐振频率随着温度的升高而降低。为提升变幅杆高温的下频率稳定性,通过有限元软件对其进行了结构优化设计。按照优化后的尺寸加工出变幅杆,通过实验检测其谐振频率,结果表明,在高温下优化后变幅杆的谐振频率仍稳定在设定频率附近。     

三质体声共振混合机的动力学特性及其性能分析

为研究三质体声共振混合机的动力学特性,建立了三质体声共振混合机的动力学模型,进而分析了系统物理参数对动力学特性的影响,阐明了物料质量和阻尼变化对声共振混合机动力学响应的影响规律,提出了系统在共振频率附近工作的振幅控制策略。进一步分析了典型声共振混合机在额定载荷下的对地动载荷和所需激振力,并与额定载荷所需的最大推力进行了比较。结果表明,通过选择合理的系统物理参数,三质体声共振混合机在三阶共振频率附近工作,其振幅变化较平缓、负载质体和激振质体的运动相位相反,系统能够兼具能量转换率高、对地动载荷小且激振力小等优点。所得结论有助于进一步提高声共振混合机的工作性能和设计水平。     

利用速度控制抑制电液位置伺服系统冲击的方法

电液位置伺服系统在起动、换向以及动态过程中,对液压源流量的需求很大,当液压源供油能力相对不足时,产生液压冲击。为解决这一问题,提出利用液压执行器的速度信号抑制冲击的方法。通过检测执行器速度计算出执行器高压腔体积变化所产生的体积流量,当该体积流量大于液压源所能提供的最大实际流量时,冲击过程中出现暂短的压力急降现象,通过调整电液伺服阀输入信号,使执行器实际流量始终小于液压源所能提供的流量,达到抑制冲击的目的。仿真和试验均显示,该方法易于实现,可明显抑制电液伺服系统中因流量不足引起的冲击。     

浸没式参数激励摆波能转换装置能量俘获特性研究

引入参数激励摆的非线性机制,应用于波浪能发电装置,并根据实际波浪低频、低幅值激励特性,提出浸没式单摆波能转换装置,研究其在规则波中的能量俘获情况。基于势流理论,针对垂荡运动,建立非线性运动方程,进行数值求解,分析摆球质量比、激励频率、幅值和系统阻尼对能量俘获效率的影响,并与空气中单摆的能量俘获效率进行对比。结果表明:合理选取质量比,可降低浸没式参数激励摆固有频率;与空气中单摆相比,浸没式参数激励摆在低频、小振幅的波浪激励环境下,俘获能量频谱带宽更宽,发电功率更高。     

基于格子-大涡理论的高频换向阀压力特性研究

为揭示高频换向阀的阀口压力特性,降低压力损失,采用格子Boltzmann方法,并结合大涡理论模拟高雷诺数下的阀口流体流动。建立基于格子-大涡理论的高频换向阀格子模型,模拟阀不同尺寸参数下的阀口特性,得出进油腔体积和最大过流面积均对阀口压力有较大的影响,且对于一定的最大过流面积,开口度对阀口压力影响最大。结果表明格子Boltzmann方法具有准确、计算效率高等优点,可以应用于液压激振系统的分析研究。     

Study on Oil Cavity Number of Hydrostatic Guide Sleeve of Electro-hydraulic Servo Cylinder

The electro-hydraulic servo drive hydraulic cylinder has many unique advantages, such as fast response, high load stiffness, high control power, strong anti-eccentric load ability and so on, so it has been widely used in industrial control. Based on the guide sleeve of hydrostatic seal of hydraulic cylinder, the reasonable number of oil chamber of guide sleeve is studied in this paper. ICEM CFD software and FLUENT simulation software are used to calculate and analyze the number of different oil chambers of guide sleeve of hydrostatic seal. The temperature field of piston rod with different moving speed, different initial pressure of oil chamber and oil film under different number of oil chambers is analyzed. The relationship between the pressure field and temperature field provides a better basis for optimizing the design of hydrostatic guide sleeve and helps to improve the servo drive cylinder.     

快锻液压机液压驱动系统泵阀复合控制研究

针对锻造液压机电液比例阀控系统快锻工况时传动效率低下的问题,提出了一种基于变频调节的快锻液压机泵阀复合控制原理。建立了其数学模型,给出了位移闭环控制和泵口压力负载敏感控制相结合的泵阀复合控制策略,并对其进行了实验研究。实验结果表明,基于泵阀复合控制的0.6MN液压机快锻系统,理想的快锻频次能够达到60次/分钟,位置控制精度为0.5mm。与传统的电液比例阀控系统相比,装机功率降低至18.6%,传动效率提高了25%。并分析了泵口与液压缸工作腔压差Δp大小和锻造频率f变化对其控制特性的影响规律。     

时滞位移反馈作用下多自由度微陀螺的刚度非线性及控制研究

为揭示多自由度微陀螺非线性系统中位移反馈项对系统动力学特性的影响规律,探索对非线性的控制方法,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,采用多尺度法对微陀螺受控系统在频域和时域中的动力学特性进行了分析。研究发现:时滞量为整周期或半周期时反馈增益可有效的对系统共振频率进行调节;时滞量为四分之一或四分之三周期时,反馈增益主要影响幅值大小,共振频率基本保持不变;反馈控制参数选取得当可消除非线性引起的多稳态解,增加陀螺的灵敏度稳定性,选取不当会导致系统出现复杂的概周期运动使灵敏度稳定性遭到破坏。