2025年, 第49卷, 第4期　
刊出日期：2025-04-15

  

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元件分析与优化
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  基于形状记忆合金的阀用线性力马达响应特性研究

  魏列江, 蔡江荣, 万思梦, 卢红煜, 陈奕泽

  液压与气动. 2025, 49(4): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.001

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  针对当前阀用电磁铁体积大、重量大、成本高等问题,提出用NiTi形状记忆合金丝通电加热驱动阀芯的线性力马达方案。在Brinson一维本构方程的基础上,建立了形状记忆合金热力学模型,并运用MATLAB Simulink进行不同电流下形状记忆合金丝的电-热仿真,分析形状记忆合金丝的热量对线性力马达驱动响应特性的影响;理论计算得到直径0.5 mm时三种不同长度记忆合金丝在复位弹簧刚度为20 N/mm时的最大位移和驱动力。搭建试验台,环境温度22 ℃、电流6 A时,三种不同长度记忆合金丝均在0.5 s左右分别达到最大位移1.8、2.1、2.5 mm,对应驱动力为58.4、61、80 N;与仿真结果相比,位移和驱动力误差均在10%以内;断电自然冷却响应时间为5 s,总响应时间5.5 s。结果表明,采用形状记忆合金线性力马达驱动频响0.2 Hz以下的液压阀具有可行性。
系统设计与研究
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  数字孪生的气动机械手系统设计

  王现龙, 张萌, 李波

  液压与气动. 2025, 49(4): 11-21. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.002

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  在气动机械手系统中引入基于数字孪生的建模方法,以实现气动机械手的仿真、控制以及监测,并为初学者提供更为直观地教学演示。采用Unity 3D平台配置孪生环境,创建物理实体的数字孪生体模型,使之建立通讯,实现运动状态和数据的实时更新,从而准确地实现孪生体模型的映射,对气动机械手采用多种控制方式。在ANSYS Workbench瞬态结构中对气动机械手夹持立方体的运动状态进行分析;在Unity 3D中对其结果进行二次开发,显示分析结果的梯度云图,为初学者提供直观的可视化模型。研究呈现了气动机械手运动仿真、虚实状态同步以及有限元分析二次开发的数字孪生系统。
元件分析与优化
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  鼓形柱塞结构对轴向柱塞泵柱塞副润滑性能影响

  廖名辉, 葛磊, 孙斌, 肖刚, 欧阳光明, 张宏博

  液压与气动. 2025, 49(4): 22-30. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.003

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  柱塞副作为轴向柱塞泵三大关键摩擦副之一,其润滑性能直接关系到泵的可靠性与使用寿命。建立了柱塞副的雷诺方程与受力方程,采用MATLAB对其离散化处理和求解。对比分析鼓形柱塞副与普通柱塞副在相同工况下的最小油膜厚度、油膜压力、黏性摩擦力及泄漏特性方面的差异。结果表明:相较于普通柱塞副,鼓形柱塞副具有更大的最小油膜厚度,提升了柱塞副润滑性能;同时,鼓形柱塞副存在明显的压力波峰,油膜受到的挤压效应更为显著;鼓形柱塞副能够减少柱塞表面所受轴向及周向黏性摩擦力,提升油液流动效率;鼓形柱塞副会增加运动过程中的泄漏量,导致密封性能降低。该研究结果可以为改善柱塞副润滑性能提供一定的理论依据。
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  深海小排量高速柱塞泵搅油损失分析

  闫有朋, 李跃, 李东林, 赵中校, 郭富航

  液压与气动. 2025, 49(4): 31-38. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.004

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  小排量高速柱塞泵具有工作压力高、功率密度大等优点,是深海装备的核心动力元件。不同于地面工况,在深海低温、高压环境下,油液黏度大幅增加,导致泵内高速旋转部件的搅油损失问题突出。在分析缸体搅油流场的基础上,建立了深海环境油液流变下泵搅油损失数学模型,分析了海深和转速对泵搅油损失的影响。结果表明,在不同转速下泵搅油损失呈三段式变化,在泵内各部件(轴承、缸体、齿轮、柱塞连杆)搅油损失分布中,轴承搅油流场贡献最大,缸体搅油流场贡献次之,其余部位影响较小。基于此,改进了泵支撑轴承结构,泵总的搅油损失下降了约11%。
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  高速开关阀电磁铁设计及磁力特性研究

  聂鹏, 魏汝路, 谢方伟, 陈楠

  液压与气动. 2025, 49(4): 39-47. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.005

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  电磁铁是高速开关阀的电-机械转换装置,通过阀门的迅速开闭,实现高速开关阀的快速响应,其性能直接影响高速开关阀的动态特性。因此,开展电磁铁设计及磁力特性研究至关重要。基于此,开展了高速开关阀电磁铁结构设计,建立了电磁铁的磁场模型,分析了电磁铁的磁场规律,获得了电磁铁的磁力特性。结果表明:分离状态下,电磁铁最大电磁力约为28.0 N,磁场建立时间约为15 ms,磁场消失时间约为20 ms;吸合状态下,电磁力最大值约为45.7 N,磁场建立时间为约15 ms,磁场消失时间约为50 ms;分离和吸合状态下,稳态电磁力实验与仿真平均误差均小于2.5%,实验结果和设计预期一致;结构间隙会对电磁铁性能产生较大影响,增加动铁芯、减小气隙,可以增大稳态电磁力。
系统设计与研究
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  基于变排量液压泵/马达的挖掘机回转系统特性与能效分析

  解松涛, 崔金元, 黄伟男, 权龙, 武瀚文

  液压与气动. 2025, 49(4): 48-55. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.006

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  液压挖掘机作业时,回转系统会发生大惯性、高频次起制动。制动过程中,大量动能经溢流阀口转换为热能耗散,造成严重能量浪费。如果制动动能能够回收再利用,将有效降低回转系统能耗。为此提出在正流量控制挖掘机回转系统中,增设变排量液压泵/马达-蓄能器组合,回收制动能量。建立38 t液压挖掘机机械液压一体化仿真模型,对不同工况下蓄能器回收制动能量进行仿真,分析蓄能器压力变化。依靠变量马达排量可以独立调节的优点,控制蓄能器输出流量,与原系统功率匹配;并就不同负载和转速下变量泵/马达的排量对回转系统特性的影响进行仿真。结果表明:起动阶段变排量液压马达排量调节随着挖掘机转速增加,排量减小;随着转动惯量增加,排量增大;较原回转系统能耗降低41.6%~52.4%。
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  基于熵权法-模糊综合评价的气密性质量评估

  王峰, 李志, 邹俊逸

  液压与气动. 2025, 49(4): 56-62. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.007

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  为合理评估气密性质量,基于稳定时间、空腔容积、温度等特征确定了影响气密性质量的主要因素,提出融合熵权法-模糊综合评价的质量评估方法。通过分析影响气密性的因素,建立包括温度、空腔容积等5个相关指标的因素集。根据熵权法确定各指标的权重因子,采用岭形隶属度函数获得隶属度矩阵,确定气密性质量评价结果。结果表明,该方法能够基于多因素准确判断气密性质量状况,且具有稳定性与有效性。
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  秸秆打捆机液压系统低压损集成阀组仿真研究

  耿怀德, 王来锁, 王波, 郑向军, 郝云晓, 权龙

  液压与气动. 2025, 49(4): 63-70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.008

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  在现有的液压系统中,采用机加工的集成阀块将不同功能的液压阀集成,其内部存在大量工艺孔道和刀尖容腔,造成严重的局部损失和沿程损失。为了减少能量损失、减轻重量、节省成本,采用铸造方式将主要功能阀阀体及油路集成一体,设计全新的低压损集成阀组。运用基于液气两相流体模型的CFD方法对比分析设计前后压力损失情况,在满足原有液压系统要求的基础上,压损降低50%以上。
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  深海集成液压源传热特性及无源热控方法研究

  郭浩, 徐文友, 吕学华, 刘刚

  液压与气动. 2025, 49(4): 71-78. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.009

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  液压动力系统具有压力自补偿、高能源密度特点,适用于深海装备驱动,但大功率、高集成及深海特殊工况下集成液压源过热的问题,则会降低装备可靠性。针对深海集成液压源温控问题,提出并研究了基于深海环境低温回流介质散热的液压源无源热控方法。通过Fluent对构建的液压源耦合传热模型开展了稳态特性分析,揭示了其内部液压油稳态温度由回流介质温度控制。提出了无源热控系统结构,构建了其AMESim数值模型和实验台以开展数值仿真设计及实验验证。结果显示:热控系统数值仿真与实验的误差不超过±5%,并实现了将常温水中的液压源油温控制在45 ℃左右。所提出的无源热控方法能够有效控制深海液压源油温、改善深海装备可靠性。
元件分析与优化
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  双控式液压凿岩机冲击活塞与缸体最佳间隙设计

  王建森, 闫红亮, 张鑫, 王彦军, 刘彬, 魏列江

  液压与气动. 2025, 49(4): 79-91. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.010

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  以某型双控式液压凿岩机为研究对象,为使冲击活塞与缸体之间间隙能耗最小,采用集总参数法,在考虑油液压缩性、管路动态和泄漏等因素的基础上,建立了凿岩机冲击系统、缓冲系统、岩石的力学模型及活塞与缸体间隙能耗模型,并构建了对应的AMESim图形化求解模型。在一定结构参数下计算得到了活塞与换向阀的运动曲线、被控腔压力瞬态过程及间隙能耗特性,分析了间隙大小对间隙能耗的影响机制,归纳得到了该液压凿岩机间隙能耗最小时,冲击活塞与缸体之间径向间隙与工作压力的关系式,为液压凿岩机活塞和缸体径向配合间隙的确定提供理论依据。
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  不同拧紧力矩下扩口式航空液压管接头密封特性研究

  田威, 孙伶俐, 徐小虎

  液压与气动. 2025, 49(4): 92-100. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.011

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  以ANSYS Workbench为平台,构建管径为10 mm的扩口式航空液压管接头三维有限元模型,在不同拧紧力矩状态下,对其密封性能的影响机制进行系统性研究。通过计算仿真揭示了拧紧力矩与密封面宽度、平均接触应力分布及最大接触应力的关联规律,通过耐压试验和着色试验验证仿真结果的有效性。结果表明,37~40 N·m为最优装配力矩,能够满足液压系统工作压力和密封性能要求。该方法可为航空液压系统管路高精度装配提供理论指导与技术支撑。
系统设计与研究
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  液压反推作动系统同步特性分析

  左萌, 袁杰, 田杨涛, 刘通

  液压与气动. 2025, 49(4): 101-109. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.012

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  液压反推作动系统的同步作动是保证反推装置正常展开/收起的关键功能之一。针对节流同步与机械同步两种同步方式,依据其工作原理建立系统同步作动数学模型及系统仿真模型,通过实验验证仿真模型的有效性。根据实验边界条件设定仿真参数,研究节流阀开口尺寸、作动器传动比和同步软轴刚度对同步特性的影响,对比分析了节流同步和机械同步的差异性。结果表明,系统中节流阀开口尺寸、作动器传动比和同步软轴刚度对系统的影响均具有非线性规律;在相同载荷条件下,机械同步精度比节流同步精度提高68%;仿真模型能够模拟系统运动过程中的同步性变化规律,可作为液压反推作动系统同步性研究的有效工具。
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  液压系统-主控阀动态特性的实时联合仿真方法

  冀宏, 李磊, 简洪超, 赵文杰

  液压与气动. 2025, 49(4): 110-118. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.013

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  单一的液压系统建模对主控阀流场简化导致系统动态特性预测失真。以电液换挡操纵系统为对象,提出并实现了一种主控阀瞬态流场与液压系统仿真动态耦合的实时联合仿真方法,通过TCP/IP接口将电液控制系统模型与其主控阀流场模型的同步运算数据进行实时通讯。结果表明,该方法可以准确捕捉主控阀调节过程中内部瞬态流场参数及瞬变液动力,进而实时赋予液压系统模型中主控阀高精度参数,复现了系统振动及阀芯自激振动现象;同时发现,该系统的实时联合仿真得到主控阀液动力稳态值为12.53 N,而系统仿真值仅为0.50 N,与传统理论计算值8.09 N差距很大,此差别是引起动态性能预测差异的主要原因之一。
元件分析与优化
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  发动机喷口喉道面积控制异常故障分析与改进设计

  夏鹏, 李鹏伟, 王松

  液压与气动. 2025, 49(4): 119-126. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.014

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  发动机喷口喉道作动筒用于调节喷口喉道面积大小,实现发动机加力状态控制。针对发动机喷口喉道面积控制异常的故障原因,分析喷管作动系统工作原理,建立故障树,对底事件遂一排查;确定故障是由于活塞头同轴密封环在压力换向时产生倾斜,使作动筒有杆腔、无杆腔窜油内泄漏突增导致。在作动筒活塞头同轴密封环侧面增加导油凹槽,并模拟作动筒有杆腔、无杆腔压力换向的试验条件,开展试验验证。结果表明,作动筒活塞头同轴密封环侧面增加导油凹槽后,减少了作动筒压力换向时的内泄漏量,提高了作动筒活塞头密封性,解决了喉道面积控制异常故障,也为后续同类产品改进设计和新产品开发提供了指导。
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  内曲线径向柱塞马达配流面变形泄漏问题研究

  吴海青

  液压与气动. 2025, 49(4): 127-132. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.04.015

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  针对某型号内曲线径向柱塞马达32 MPa高压下顺时针旋转时泄漏量大的问题开展研究。通过对配流盘进行有限元仿真分析,并基于平行平板径向层流理论,得出32 MPa高压工况下马达顺时针旋转时,配流平面变形量大(0.015 mm)是导致该侧马达泄漏量大(3.5 L/min)的主要原因。通过优化配流盘结构,升级配流盘材料等级,32 MPa高压工况下顺时针旋转,马达配流平面的变形量降至0.0084 mm。试验表明:采用优化后的配流盘,32 MPa高压工况下马达顺时针旋转时泄漏量降至0.55 L/min,较采用原配流盘降低84%。对同类型平面配流柱塞泵马达泄漏量优化具有仿真和理论指导意义。