液压缸低速运动的动态分析

通过理论分析和试验验证研究了液压缸运动的非线性动态特征。提出弹簧刚度随活塞位移变化和工作状态不同而呈现出软硬弹簧特性的非线性弹簧力特征，其作用效果可以用有阻尼的Duffing方程来近似描述；摩擦力随速度的变化遵循Streibeck曲线，其作用效果随工作点在曲线上所处区段而异，可以用van der Pol方程来近似描述。指出液压缸低速爬行是在特定工况下的“跳跃现象”、自激振动等多重作用的结果。     

电液伺服系统非线性振动机理及试验研究

电液伺服系统是非线性动力学系统,在工作过程中容易出现非线性振动、噪声、冲击和爬行等异常现象,而且诱因不易确定,严重影响系统的稳定性。根据非线性动力学原理,建立电液伺服系统的非线性动力学模型。通过理论研究,探索非线性液压弹簧力和非线性摩擦力等非线性因素对系统动力学特性的影响规律。指出非线性液压弹簧力作用可以用Duffing方程描述,非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述。用研究非线性动力学系统的有效方法:时间历程、频闪采样、功率谱等,对实测信号进行深入分析,多方位揭示电液伺服系统非线性振动的机理及诱因。结果表明,非线性液压弹簧力引起的"跳跃现象"和非线性摩擦力引起的极限环型振荡的共同作用是导致系统发生非线性振动的一个主要诱因,值得关注。     

液压缸低速爬行原因新探

通过理论分析和试验验证研究了液压缸运动的非线性动态特征。提出了弹簧的非线性表现可以用有阻尼的Duffing方程来描述，摩擦力的非线性表现随工作点在Streibeck曲线上所处的区段不同可以由瑞利方程（Rayleigh equation）或范德波尔方程（Van Der Polequation）来描述。提出了液压缸低速爬行原因分固有原因和运行原因，都与其非线性动力学特征紧密相关。     

非线性液压弹簧力对电液伺服系统非线性动力学行为影响的研究

探究了非线性液压弹簧力对电液伺服系统动态特征的影响。根据非线性动力学原理,建立了系统的动力学模型。通过理论研究指出,非线性液压弹簧力作用可以用Duffing方程描述。通过数值分析揭示了系统内在的分岔现象及典型非线性动力学行为。通过对实测数据进行深入的分析,揭示了液压弹簧的软硬弹簧特性引起的“跳跃现象”。发现液压弹簧力的非线性作用会引发非线性振动,在系统建模与动态特性研究时应该将其非线性作用考虑在内。     

电液伺服系统非线性振动诱因探究

根据非线性动力学原理,建立电液伺服系统的非线性动力学模型,探索非线性弹簧力和非线性摩擦力等非线性因素对伺服系统运动特征的影响规律。通过理论研究,指出非线性弹簧力和非线性摩擦力的耦合作用特征可以用Duffing-Van Der Pol方程描述。通过数值试验分析,发现系统外加激振力、阻尼系数和弹簧力非线性项系数的大小影响系统的运动状态,当三者参数变化时系统可能做极限环型振荡、倍周期运动和混沌运动。     

交变载荷下液压缸非线性动态特性的数值分析方法

针对交变载荷作用下的液压缸动力学特性,进行了数值仿真分析研究。首先,阐述了液压弹簧刚度非线性变化引起的软硬弹簧现象,以及时变摩擦力随速度变化呈现出负阻尼特征的产生机理,指出二者耦合作用是造成液压缸出现非线性动态特性的根本原因;之后,采用数值方法离散时间域步长,基于Taylor展开法确定摩擦阻尼,通过迭代求解非线性微分方程,获得活塞的速度、位移等性能参数曲线;最后,通过具体算例,采用MATLAB软件对交变载荷作用下液压缸的动态特性进行数值仿真分析。仿真结果表明,所提方法与实测出现的时域波形复杂、尖峰繁多等现象相符,可以较好地模拟液压缸的非线性运动规律,能够对工程实际提供指导。     

液压挖掘臂关节伺服系统非线性动态特征研究

为有效分析挖掘臂关节伺服控制系统,提高控制精度,通过机理建模分析了系统存在的非线性特性——比例阀死区、阀控非对称液压缸动态特性不对称特性、液压缸非线性摩擦力、非线性液压弹簧力及挖掘臂关节非线性动力学。通过实验验证了系统中各项非线性特性对其控制性能的影响。结果表明,以上几种非线性特性对系统动态响应均存在不利影响。     

液压缸非线性弹簧力下的轧机特性及控制

建立了非线性弹簧力约束作用下的轧机辊系振动模型,采用平均法求得轧机辊系的幅频响应方程。仿真分析了不同非线性弹簧力和活塞杆初始位移的幅频特性曲线,以及系统分岔响应随外激励幅值的变化规律。引入吸振器控制装置,比较了吸振器加入前后的时域曲线和幅频曲线,仿真分析了吸振器质量、弹簧力和摩擦力对幅频曲线的影响。研究结果表明：非线性弹簧力和外激励都会改变轧机辊系振动特性的规律,吸振器的控制效果与吸振器质量、弹簧力和摩擦力有关。     

半主动升沉补偿系统的非线性建模与仿真

为验证液压缸非线性力对半主动升沉补偿系统的影响,设计了一种半主动升沉补偿系统的非线性模型,并提出了提高系统补偿效率的方法。首先建立液压缸受到的非线性摩擦力和非线性弹簧力的仿真模型,然后将非线性力的影响加入到被动和半主动升沉补偿仿真模型中,最后提出了增大液压缸和蓄能器之间的油管直径的方法以提高半主动升沉系统补偿效率。仿真结果表明:在峰值为6 m,周期为10 s的规则正弦波浪作为船舶升沉位移输入时,非线性摩擦力会使被动和半主动升沉补偿系统的补偿效率降低,而非线性弹簧力对系统的影响较小,可以忽略不计。提出的方法能有效提高半主动升沉补偿系统补偿效率。     

大型起竖设备四级液压缸的动力学建模

大型起竖设备四级液压缸因内部结构复杂,且负载很大,摩擦力特性较为复杂,以往对其动力学建模时常常忽略摩擦力。而快速起竖系统要求对速度进行精确规划控制,以减缓换级冲击,且液压缸结构稳定性分析时也需要准确找到危险工况,其中摩擦力是很关键的一个因素。LuGre摩擦模型能较好描述大部分情况下的摩擦稳态、瞬态特性,据此,考虑滑动油膜动态等性方程,基于LuGre模型对四级缸摩擦力建模,而后对风载荷、起竖力等进行分析,进而对起竖过程动力学建模。该研究所建的全新动力学模型可为起竖速度的精确控制和油缸应力应变及模态分析提供参考。     

压力测试平台在燃料泵送系统中的应用

针对燃料泵送系统存在的水击压力过大、气液分离不足以及汽蚀等问题，采用压力传感器和数字信号采集系统建立燃料泵送系统压力测试平台。根据测得的压力信号，对燃料枪关闭瞬间流量、管长、溢流阀调定压力以及主阀弹簧刚度对水击效应引起的峰值压力的影响进行研究，并通过频率分析方法和小波分析方法较精确地获得系统的气液分离值和临界汽蚀压力点。该测试平台不仅能实时可靠地对系统压力进行定量诊断与识别，同时还可以为燃料泵送系统的性能优化提供依据。     

注塑机双肘杆锁模机构的建模与仿真

通过对双肘杆锁模机构运动几何关系的分析，利用传动比建立了锁模机构中液压缸位移和动模板位移之间的数学传递关系，对传动比、等效质量、肘肝力、节点摩擦力、动模板的锁模力、动模板的移动位移等参数进行了仿真计算，研究工作对全面认识锁模机构运动特性、设计动模板位置的闭环控制系统具有理论和实际意义。     

液压振动台非线性摩擦力测量与参数辨识

电液伺服振动试验系统低速和换向时的非线性摩擦力测量和补偿是提高运输环境试验和地震模拟试验等控制精度的重要途径。为了定量获取液压振动台的非线性摩擦力,基于Stribeck效应建立了改进的电液伺服振动试验系统非线性摩擦力理论模型,并结合液压振动台的力平衡方程建立了非线性摩擦力待辨识参数的目标函数。提出一种基于位移闭环控制的简便方法对不同速度下的液压振动台油缸压力差进行测量,得到振动台液压缸与活塞杆之间的摩擦力随速度变化的数值规律。采用基于拟随机序列的混合遗传算法对非线性摩擦力理论模型的4个参数进行了辨识。试验结果证明了本研究方法的可行性,为液压振动试验系统加速度波形失真补偿提供了一定参考。     

液压平衡回路动态特性仿真分析及实验研究

以一种液压举升系统的平衡回路为研究对象,根据实际工况,对平衡液压缸负载、平衡阀弹簧刚度及预紧力、控制阻尼孔大小等主要结构进行参数计算。运用AMESim仿真软件建立液压平衡回路的仿真模型,设置相关仿真参数并进行动态特性分析。设计了试验回路,对仿真的平衡回路进行台架试验,验证仿真分析的正确性,得出适当调整弹簧刚度、阻尼孔等结构参数可提高液压平衡回路工作性能,为液压平衡回路的优化设计及参数匹配提供借鉴。     

考虑表面接触力的滑靴副油膜特性分析方法

由于受倾覆力及刚体表面粗糙度影响,液压柱塞泵斜盘-滑靴运动副(滑靴副)在相对运动时处于混合润滑状态。斜盘和滑靴表面接触引起弹性和塑性变形,进而产生表面接触力。接触力与油膜厚度密切相关,在油膜特性分析时不应被忽略。提出一种基于流体动压润滑理论的滑靴副油膜特性(油膜厚度、压力分布、油膜间隙流量)的分析与计算方法,考虑了滑靴副粗糙表面的支撑力影响。在雷诺流体动压润滑方程基础上,考虑滑靴副刚体表面粗糙度水平和油膜厚度,计算液压柱塞泵不同工况下的表面接触支撑力,并将接触力融入运动副的受力方程。提出了基于改进的雷诺流体动压润滑方程的数值计算方法,并进行了仿真分析,通过间接对比滑靴副间隙流量的仿真结果,证实了提出方法的有效性和结果的准确性。     

Nonlinear Mathematical Modeling and Sensitivity Analysis of Hydraulic Drive Unit

The previous sensitivity analysis researches are not accurate enough and also have the limited reference value, because those mathematical models are relatively simple and the change of the load and the initial displacement changes of the piston are ignored, even experiment verification is not conducted. Therefore, in view of deficiencies above, a nonlinear mathematical model is established in this paper, including dynamic characteristics of servo valve, nonlinear characteristics of pressure-flow, initial displacement of servo cylinder piston and friction nonlinearity. The transfer function block diagram is built for the hydraulic drive unit closed loop position control, as well as the state equations. Through deriving the time-varying coefficient items matrix and time-varying free items matrix of sensitivity equations respectively, the expression of sensitivity equations based on the nonlinear mathematical model are obtained. According to structure parameters of hydraulic drive unit, working parameters, fluid transmission characteristics and measured friction-velocity curves, the simulation analysis of hydraulic drive unit is completed on the MATLAB/Simulink simulation platform with the displacement step 2 mm, 5 mm and 10 mm, respectively. The simulation results indicate that the developed nonlinear mathematical model is sufficient by comparing the characteristic curves of experimental step response and simulation step response under different constant load. Then, the sensitivity function time-history curves of seventeen parameters are obtained, basing on each state vector time-history curve of step response characteristic. The maximum value of displacement variation percentage and the sum of displacement variation absolute values in the sampling time are both taken as sensitivity indexes. The sensitivity indexes values above are calculated and shown visually in histograms under different working conditions, and change rules are analyzed. Then the sensitivity indexes values of four measurable parameters, such as supply pressure, proportional gain, initial position of servo cylinder piston and load force, are verified experimentally on test platform of hydraulic drive unit, and the experimental research shows that the sensitivity analysis results obtained through simulation are approximate to the test results. This research indicates each parameter sensitivity characteristics of hydraulic drive unit, the performance-affected main parameters and secondary parameters are got under different working conditions, which will provide the theoretical foundation for the control compensation and structure optimization of hydraulic drive unit.     

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.     

一体化双作用水压人工肌肉直线执行器设计

单体水压人工肌肉仅能提供收缩作用。基于双作用液压缸的工作原理,设计了一体化双作用水压人工肌肉直线执行器。利用水压人工肌肉的力-位移特性,分析执行器运动行程与水压人工肌肉结构参数之间的关系,并确定执行器的相关参数。对导流件和动密封部件进行结构设计,使2个水压人工肌肉的工作压力独立控制。在此基础上,分析水压人工肌肉的工作条件对执行器运动的影响,并对导向元件和运动元件进行强度分析,为一体化双作用直线执行器样机研制奠定基础。