泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

泵阀并联进出口独立系统特性

为结合阀控系统响应快和泵控系统能效高的优点,并减少传统四边联动阀带来的节流损失,提出一种泵阀并联进出口独立控制系统方案,应用于某6 t液压挖掘机动臂及斗杆系统。建立多学科联合仿真模型,设计泵阀协同驱动控制策略,研究了阀控单元与泵控单元输出功率比对系统特性的影响,并应用泵控单元消除了多执行器载荷差异带来的节流损失,对比分析传统进出口独立控制系统与所提系统的运行特性和能耗特性。仿真结果表明,增大阀控单元输出功率占比,可提高系统动态响应;增大泵控单元输出功率占比,可有效减少系统能耗。与传统进出口独立控制系统相比,该系统可减小节流损失90%,降低系统能耗41%,并改善重载执行器响应滞后现象。     

液电混合高能效直线驱动系统控制及仿真分析

现有电液控制系统为控制液压缸位置,采用比例阀或伺服阀,造成了非常大的节流损失。为改善能效,提出了一种采用电-机械执行器和液压缸的新型液-电混合驱动系统,电-机械执行器用于控制负载运行速度和位置,主要克服惯性力;液压缸主要克服外负载力。为了抑制二者之间的耦合影响,电-机械执行器采用位置闭环控制,并在转矩环补偿干扰力。控制阀主要起液压缸换向作用,节流损失很小,以设定的电-机械直线执行器输出力阈值为基础,通过调节泵压力(液压缸进油压力)或阀开口(液压缸回油压力)控制液压缸输出力。研究结果表明,所提系统具有与阀控缸系统相同高的控制精度,并可大幅减小节流损失。与阀控缸系统相比,液电混合驱动系统能效提升了43.1%。     

带流量前馈与工作腔压力反馈的电液负载敏感系统节能方法

基于流量前馈控制的电液负载敏感系统为容积节流复合调速系统,可将阀口全开以降低能量损失,但在超越工况下,系统速度特性会受阀口阻尼降低的影响,引发执行器超速下坠甚至安全事故等问题。据此,提出了适用于带阀后压力补偿的电液负载敏感系统的解决方法:将负载进油口容腔压力控制为一恒定值,并研制了相应的压力串级控制器。该控制器以速度反馈作为内环以提高系统抗负载干扰能力,并以带抗积分饱和补偿的PI 控制器作为外环以控制工作腔压力为一定值。基于2 t挖掘机不同负载工况下的试验结果表明:工作腔压力控制与传统手柄直接控制阀口的方法相比,可在降低比例阀阀口损失的同时保证执行器速度控制性能。     

旋挖钻机卷扬装置电液混合驱动系统特性

现有旋挖钻机卷扬系统是由阀控液压马达驱动。作业过程中,该系统存在非常大的节流损失;而且工作装置下放过程中,大量重力势能经控制阀节流作用转化为热能耗散掉,造成整机能效较低。为此,提出一种卷扬装置电液混合驱动系统,电动机作为主驱动,控制工作装置运动,降低节流损失;液压泵/马达与蓄能器等组合,构成能量回收单元,回收利用重力势能,辅助电动机驱动卷扬装置。分析了液压卷扬、电动卷扬与电液混合驱动卷扬系统的工作原理和运行特性,建立了旋挖钻机机电液多学科联合仿真模型,对不同驱动系统的运行和能量特性进行研究。结果表明,电液混合驱动系统具有良好的运行特性,相较于液压、电动驱动的卷扬系统,可节能27%~66%。     

伺服阀流量动态校正改善电液位置系统性能的理论和方法

电液位置伺服系统起动过程会造成系统压力突降和执行器运动速度大幅波动,产生液压冲击;当系统有多个执行器工作时,系统压力突降会导致其他执行器产生误动作,甚至发生安全事故。针对上述问题,提出两种解决方法。一是将位置控制过程分解为速度和位置两个控制过程,且执行器的最大速度由系统最大流量和液体的压缩性限制。二是利用阀口压差对伺服阀流量进行修正。理论上阐述了两种方法的原理,采用数字仿真和试验进行了验证,结果表明,在不影响系统响应特性的前提下,两种方法可以消除电液位置伺服系统起动过程中的系统压力突降和产生的冲击。     

基于两级压力源的液压机快锻节能控制研究

针对传统电液比例阀控快锻液压机系统功率浪费严重的问题,采用四象限负载轨迹分析方法,对其快锻工况下能量分配及流动情况进行研究,得到不同执行器的负载特性,并以满足不同执行器的负载匹配为目标,同时兼顾快锻过程中的能量回收及再利用,提出一种基于两级压力源的新型液压机快锻节能系统。研究两级压力源的参数设计及匹配问题,给出两级压力源构成元件的模型和参数计算方法。采用功率键合图的建模方法,建立快锻液压机系统的数学模型,对两级压力源快锻液压机系统的功率流进行仿真分析;基于0.6 MN液压机试验台,对该快锻系统的控制和节能特性进行试验验证。结果表明,基于两级压力源的新型液压机快锻系统加载时控制精度达到1.5 mm,有用功提高至24.4%。与传统的电液比例阀控系统和采用蓄能器的液压机快锻系统相比,该系统不仅满足了不同执行器的负载匹配需求,而且具有能量存储和再利用的功能,大大降低了装机功率和节流损失,且实现了零溢流。     

抗流量饱和系统控制阀节流损失降低研究

负载敏感系统具有良好的多执行器并行控制特性和高能量效率,被广泛应用于中小型工程装备和工业设备中,主要有阀前补偿系统和抗流量饱和阀后补偿系统两种。目前市场上应用的阀多在补偿阀之后仍设置有换向段,存在大的节流。针对此问题,设计了新型阀后补偿多路阀,降低阀口压力损失。建立了仿真模型,进行仿真研究,并与原多路阀进行仿真对比。新设计的多路阀阀口压力损失比原多路阀可减少0.8 MPa,能量损失降低7.5%。     

注塑机节能技术初探

分析了注塑机成型技术的工艺特点和传统定量泵注塑机液压系统能量损失大的原因。电液比例技术能够改变液压回路中的压力、流量,而变频技术根据各个不同工艺阶段的压力需求自动改变运行频率,利用这两方面的优势,达到节能增效目的。通过与传统注塑机液压系统,指出利用电液比例技术和变频技术,可以使节能型注塑机液压系统降低不必要的溢流损失和节流损失,故其应用将会越来越广泛。     

基于变频调节的快锻液压系统节能与控制研究

针对快锻时不足5%的传动效率造成的液压传动系统高能耗问题,提出由变频直驱泵与蓄能器结合起来而构成的新型泵-蓄能器复合动力源系统,并以泵口压力为控制目标,通过模糊自整定压力闭环控制策略,实现低装机功率下动力源的无溢流稳压输出,也为锻造液压机电液比例控制系统提供了稳定的动力输入。为减少节流损失,压下时利用差动回路。建立了泵头单元的数学模型,给出了确定蓄能器工作参数的基本原则。实验研究表明,基于变频调节的快锻液压系统位置误差可达0.2mm,较电液比例阀控系统总能耗降低65.3%,传动效率提高13.4%。     

舰船纵倾均衡水舱加气调水时管路冲击特性研究

舰船纵倾均衡系统在水舱加气调水工况下,会由于阀件启闭使水流产生脉动并造成较大的管路冲击。推导了舰船上常用的电液球阀的通流面积,建立了球阀前后压力损失数学模型。将传统节流模型与实际系统相结合,建立了水舱加气调水时的AMESim模型。把系统稳态时球阀前后压力的理论值与AMESim仿真值进行对比,验证了AMESim模型的有效性。采用AMESim模型研究了阀开关规律、管长、加装蓄能器等条件下的管路冲击特性,得到了减小管路冲击的有效方法,为水舱加气调水时系统的低噪声控制提供了理论依据。     

拔长工艺中锻造操作机液压系统能耗分析

扩展了锻造操作机整机的能量流模型和能耗计算模型,研究了拔长工艺下锻造操作机液压系统的控制特性和能耗特性,得出了液压系统的能耗分布规律,分析了能量浪费的关键环节,为锻造操作机液压控制系统的优化以及节能控制方法的提出提供指导。研究结果表明,锻造操作机液压系统的能耗特性具有如下特点：夹钳上升和旋转动作的能量传递效率较高,均可达60%以上;大车行走动作的能量传递效率仅为17%;夹钳下降时重力势能几乎全部转化为升降控制阀的节流损失;多执行器不同负载与单压力源不能合理匹配会造成巨大的节流损失。     

基于Fluent的挖掘机多路阀动臂联流场分析

针对多路阀在使用过程中的发热、异响、压力损失过大等问题，应用数值模拟的方法对液压挖掘机多路阀动臂联进行流场分析。基于流体动力学理论，利用Fluent软件得到了动臂2联阀芯在开启过程中，节流槽前、后的流速、压力及其差值的变化情况。通过数据分析，得到了多路阀动臂联稳态流场的内部流动规律和稳态液动力变化规律。观察发现动臂2联阀口开度在2.1～4 mm时，压差与速差同时发生突降现象，并且液动力的变化较大，容易产生振动、噪音和气穴等现象。研究结果表明，通过对多路阀阀芯开启过程的流场分析，所获得的流速、压力和液动力等数据可以作为多路阀优化设计的参考依据，从而提升多路阀的工作效率和使用寿命。     

多通道疲劳协调加载试验系统研制成功

航空工业部第634研究所研制的飞机多通道疲劳协调加载试验系统最近已通过所内验收,并已正式向用户进行现场移交。该系统是在参考美国MTS 公司100通道全机疲劳协调加载系统的基础上而自行设计的。它由微型电子计算机、电子控制器和多功能电液伺服作动器组成。电液伺服作动器是用于对被试工件施加载荷的执行机构,它由电液伺服阀将接收的电信号转换成液压能,通过伺服油缸输出动力载荷,作用在被试工件上。并由拉压力载荷传感器、位移传感器将输出转换成电信号反馈到电子伺服控制器,构成闭环控制回路。在该系统中可由多个这种闭环控制的通道组成,同时对工件施加疲劳载荷。本系统可以扩展到16个通道,最大工作频率可达到80Hz。每个通道都由电子计算机负责进行协调加载,并且同时控     

基于AMESim仿真的电液比例加载系统性能分析

为了研究电液比例模拟加载系统的加载的性能,分析电液比例溢流阀加载与电液比例节流阀加载特点以及适用场合。首先分析两种阀的加载原理,然后在AMESim中建立两种加载系统的仿真模型,最后在实验台上进行实验验证。结合仿真结果与实验数据对比两种加载系统的性能特点可得:受到最小稳定流量的影响溢流阀加载适用于马达输出扭矩比较大的场合,而节流阀进出口压差较大时节流损失较大,节流加载适用于马达输出扭矩比较小的场合。在建立模拟加载系统时,同时建立溢流加载与节流加载系统,这样充分利用两种加载的优势,使得加载系统应用范围更广。     

变速异步电动机比例恒压泵电液动力源特性研究

电液动力源是为液压系统提供动力的单元,其能量效率决定整个系统的能效。针对现有变排量电液比例压力流量复合控制动力源,非工作周期电动机仍以额定转速运转,产生较大能耗;变转速异步电动机驱动定量泵动力源,难以直接控制压力的问题,提出采用变转速交流异步电动机驱动比例恒压泵构造新的电液压力流量复合控制动力源,通过改变斜盘摆角实现无节流损失压力连续控制,改变泵转速实现泵输出流量连续控制。进一步针对异步电动机变转速驱动动态响应慢的问题,提出在主回路增设液压蓄能器,并将其高压油液分别引入液压泵吸油口和出油口,辅助驱动液压泵加速起动和制动的解决方案。研究中,构建了基于上述原理的电液动力源试验测试系统,对其压力控制特性、流量控制特性、压力流量复合控制特性及功率控制特性进行研究,结果表明,随负载压力变化流量控制精度误差不超0.5%,采用蓄能器辅助驱动、辅助制动可使变频电动机起、停时间分别由1 s和1.2 s减小到0.2 s和0.5 s;在保压工况、非工作周期压力卸荷工况、恒压工况,通过降低电动机转速,较恒定电动机转速驱动,降低能耗20%以上。     

转速可调泵直接闭环控制差动缸伺服系统的动特性

介绍新提出的用变转速液压泵闭环控制的差动缸电液伺服系统。新的原理是一项对环境有益的电液控制技术,组成的系统不存在原理上的节流损失,且在辅助工作周期不消耗能量,因而可极大地提高电液伺服系统的效率,研究表明,应用新提出的总压力控制原理,系统能获得与阀控回路相当的动态特性。     

先导流量压差变化-位移校正电液比例阀特性

比例流量阀可根据设定信号连续比例控制执行器的速度或者转速,是重要的电液控制元件,广泛应用于各类电液系统。传统电液比例流量阀为消除负载压力变化对流量的影响,需要采用压差补偿器或流量传感器,增加了阀结构的复杂性和体积,并引起附加的节流损失。针对这些问题,根据Valvistor阀的流量放大特性,提出基于先导流量压差变化-位移校正、主阀流量放大的新型电液比例流量控制原理,该方法根据压力传感器检测的先导阀口压差实时校正先导阀芯位移,并通过主阀线性放大先导阀流量。研究中,建立新型比例流量阀的数学模型,推导得出基于补偿原理的控制策略;进一步建立阀的仿真模型,对比分析补偿前后比例流量阀的静动态特性;设计制造试验样机,通过试验验证了所提原理的可行性。测试结果表明,采用该原理可消除主阀口压差变化对输出流量的影响,动态响应快,特别适用于大流量的电液流量控制。     

大惯性负载电液进出口节流独立调节系统研究

提出了针对大惯性负载的电流储出口节流独立了系统的构成、控制结构和控制算法,同时进行了相应的实验研究。研究表明,对系统实行进出口节流独立调节,对大惯性负载的加减牢牢胃效,能大惯性负载的加速控制特别有铲,能大大减小大惯性负载起动、制动时的冲击现象。同时,采用压差传感的计算流量反馈控制,能使控制流量不随负载压力的变化而变化,提高了系统的操作性。差压传感的电液进出了口节流独立调节系统可简化系统结构,实现电     

推拉储能式功率驱动对比例减压阀驱动效果的实验研究

针对工业控制系统对比例减压阀快速响应的需求，以直动式电液比例减压阀为研究对象，探讨了推拉储能式功率驱动对其动稳态特性的影响。理论分析与实验结果表明，相较于传统功放电路，推拉储能式功率驱动在保证比例减压阀稳态性能的前提下，可有效加快其动态响应。针对某额定电流为0.7 A的比例减压阀，其电流阶跃响应速度较单管驱动式提升25%,相较于反接卸荷式提升19.2%,出口压力阶跃响应时间分别缩短16.1%与13.4%。推拉储能式功率驱动对比例减压阀具备较好的驱动效果，对提升比例减压阀工作性能有一定参考。