2025年, 第49卷, 第8期　
刊出日期：2025-08-15

  

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元件分析与优化
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  基于变分模态分解和双向门控循环单元的偏导射流伺服阀故障诊断

  张帅印, 陶建峰, 吴兆宇, 陈方飞扬, 谭浩洋

  液压与气动. 2025, 49(8): 1-11. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.001

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  在复杂工况下,偏导射流伺服阀可采集的故障信号有限且易受噪声干扰,导致其特征提取困难。针对该问题,提出了一种基于海星优化变分模态分解、时域卷积网络、引入自注意力机制的双向门控循环单元的故障诊断方法。首先,利用海星优化算法自适应确定变分模态分解参数,提高信号分解的准确性与鲁棒性;随后结合最小包络熵原则选取关键固有模态函数,从中提取主要特征;最后,将提取的特征融入时域卷积网络与自注意力机制增强的双向门控循环单元网络,提高故障特征的表达能力与分类性能。为验证所提方法的有效性,构建了偏导射流伺服阀故障仿真平台和开展了多种典型故障工况试验;结果表明,所提模型的故障识别准确率达到97.33%,具有较强的鲁棒性和诊断精度。
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  基于心理声学参数的变转速液压泵辐射噪声评估方法

  叶绍干, 杨博, 徐兵, 黄惠, 罗经, 鲍岳

  液压与气动. 2025, 49(8): 12-20. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.002

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  液压泵在运行过程中产生的噪声严重影响操作者的身心健康。为研究不同转速工况对其辐射噪声声品质的影响,基于响度、尖锐度、粗糙度与语言清晰度四项心理声学参数,构建了适用于定转速与变转速工况的液压泵声品质复合评价指标。利用半球面测量法,在半消声室中对液压泵进行了定转速与变转速噪声测试,分析并对比了不同工况下心理声学参数及声品质指标的变化规律。试验结果表明:转速升高,声品质复合评价指标呈波动恶化趋势;变转速变化速率对心理声学参数影响较小;定转速工况的响度、尖锐度及总声能量在高转速区间均低于在相同转速时刻的变转速工况下的值;同时液压泵声品质复合评价指标在高转速区间下呈现更强的波动性,且波动幅度随转速增大而加剧。上述研究成果为液压泵运行工况优化与噪声控制策略提供了理论支持与评价依据。
系统设计与研究
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  基于改进辅助分类生成对抗网络与模型迁移策略结合的故障诊断方法

  李兴东, 向星, 马诗浩, 郭雨萱, 潘宏鑫, 宋明星

  液压与气动. 2025, 49(8): 21-34. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.003

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  液压轴向柱塞泵是液压系统的核心动力元件,对轴向柱塞泵进行故障诊断对于保证液压装备系统的安全可靠性运行至关重要。提出了一种改进的辅助分类生成对抗网络与模型迁移策略相结合的故障诊断方法,构建了故障诊断框架,并采用预训练-微调策略提高了模型在目标域任务中的泛化能力,解决了传统深度学习诊断方法在实际运行过程中正常数据与故障数据数量因数据不平衡导致效果不佳甚至失效的问题。试验证明,该方法在样本不均衡时,其结构相似性值提高了20.4%,峰值信噪比值提高了5.4%,三种数据集在F1分数评估指标上分别可以达到96.3%、94.4%、92.5%,能够有效提高生产样本的质量和轴向柱塞泵的故障识别率。
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  可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置动态特性研究

  黄跃东, 林智宏, 林德昭

  液压与气动. 2025, 49(8): 35-42. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.004

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  针对重型特种车辆悬置系统低频动态特性不可调问题,提出可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置,设计多流道磁流变液阻尼器,以试验方法验证可控流道的切换效果。搭建可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置的集总参数模型、1/4重型特种车辆的磁流变液悬置系统模型。最后,根据模型进行动态特性和隔振性能研究。结果表明,对不同惯性通道施加较大的电流,磁流变液悬置的动刚度和滞后角的峰值和峰值频率在0~50 Hz可调;同时,挤压模式作用下悬置在低频具有大刚度和大阻尼特性。
元件分析与优化
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  基于多学科的航空燃油柱塞泵滑靴磨损故障综合仿真研究

  龙运伟, 邵雪嵩, 蒋智宇, 赵志杰, 符江锋

  液压与气动. 2025, 49(8): 43-55. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.005

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  滑靴磨损是柱塞泵高发故障。针对某型航空发动机燃油柱塞泵滑靴磨损引发的泵流量下降、振动超限故障,给出了一种基于动力学、摩擦学、流体润滑及结构强度多学科框架的故障综合诊断方法,对该型燃油柱塞泵在多个运行工况滑靴的油膜厚度、结构强度及pv值开展计算仿真,分析了各工况与磨损故障的关联机理。研究结果表明:燃油柱塞泵的滑靴结构强度在全工况范围内均满足要求,且在低于4500 r/min转速范围内燃油柱塞泵滑靴副油膜特征良好;但在燃油柱塞泵转速逐渐上升时,滑靴副受到的轴向惯性力和离心力对压紧力贡献占比逐步增加,当转速增加至5000 r/min,支撑力无法有效抵偿外部压紧力,导致滑靴副静压油膜破裂,滑靴与斜盘从流体润滑状态转为边界润滑或直接接触状态;而高转速工况下滑靴副的材料pv值处于超限状态,最终导致磨损失效。
系统设计与研究
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  仿生前缘结构对翼型气动和降噪性能影响研究

  刘荣彬, 侯容, 蒋首民, 董岳, 栾亨宣

  液压与气动. 2025, 49(8): 56-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.006

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  采用仿生前缘结构设计翼型,可有效改善其气动性能和降噪效果。以NACA0012翼型为标准翼型,构建了五种不同振幅与波长组合的波状前缘仿生翼型。运用SST k-ω湍流模型和大涡模拟方法,对翼型气动性能和流场噪声进行模拟分析。结果表明,增大波长在优化气动性能中效果显著,仿生翼型升阻比最多可提高21.8%;提高振幅强化了前缘流场调控作用,使前缘压力分布更为均匀,延缓了流动分离。仿生结构降低了最大升阻比对应攻角,改善了大攻角下翼型气动性能。仿生翼型在中高频段表现出良好降噪效果,在小攻角条件下,减弱了单音噪声和宽频噪声。声压级在所研究攻角内均优于标准翼型,且在攻角3°时降噪效果最佳,降幅达14 dB。
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  基于沙丘猫优化变分模态分解和蜣螂优化算法同步优化特征选择的齿轮泵磨损故障诊断

  问亚鹏, 张佳奇, 郭锐, 杨锦昌, 何丝丝, 张浩

  液压与气动. 2025, 49(8): 65-78. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.007

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  数据驱动的外啮合齿轮泵(以下简称齿轮泵)故障诊断中,存在实际作业中易受噪声干扰、故障特征冗余以及故障特征选择与分类器参数寻优繁琐问题,为此提出一种基于沙丘猫优化变分模态分解和蜣螂优化算法同步优化特征选择的齿轮泵磨损故障诊断方法。首先,搭建齿轮泵故障试验台获取原始故障数据,采用沙丘猫优化变分模态分解方法对齿轮泵4种磨损故障的振动信号进行降噪重构;然后,提取故障磨损4种重构信号的时域、频域和时频域统计特征共26种,并组成特征层;最后,基于蜣螂优化算法同步优化特征选择对故障特征集进行特征选择,同时优化支持向量机分类器参数,实现齿轮泵的磨损故障类型识别。结果显示,该齿轮泵故障诊断方法准确率高达99.6%,耗时仅49.8 s,具有较高的诊断精度和运算效率。
元件分析与优化
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  碟簧液压机构关键部件动态特性分析

  李铁, 张全民, 熊岿然, 杨秋蓉, 黄伟迪

  液压与气动. 2025, 49(8): 79-88. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.008

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  碟簧液压机构作为电力系统中的关键设备,其性能直接影响系统的可靠性。分析碟簧液压机构关键部件的动态特性旨在提升该设备稳定性。首先分析了碟簧液压机构的结构组成及工作原理,然后通过Fluent对碟簧液压机构工作缸活塞的无杆腔与有杆腔压力变化特性进行仿真分析,揭示了活塞运动速度与压力波动之间的关系。针对灭弧室在分闸过程中的气体压力变化展开仿真研究,深入探讨了压气室内气体的动态特征,并通过压力云图分析了碟簧液压机构及灭弧室内的压力分布规律。最后,通过试验验证了动态特性分析的准确性,为优化机构设计、提高运行稳定性奠定了理论基础。
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  液压缸上不同减摩润滑结构油膜性能的对比分析

  马丽楠, 王伟, 陈峙, 马占江, 安高成

  液压与气动. 2025, 49(8): 89-103. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.009

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  通过设计不同的减摩润滑结构并比较油膜特性,研究不同的减摩润滑结构对伺服液压缸克服径向载荷、减小摩擦的影响,得出减摩润滑结构的最佳形状结构,并进行试验验证。在减摩润滑矩形结构的基础上,提出了工字形结构和梯形结构,并对其进行理论分析和流场模拟,得到了不同减摩润滑结构的压力分布和承载能力特性曲线。梯形的减摩润滑结构可以提供更大的承载能力,油膜温升更小,该减摩润滑结构能有效克服活塞杆上的径向载荷,降低伺服液压缸的摩擦。研究结果表明,不同减摩润滑结构的油膜特性不同,克服偏载能力不同,均能不同程度降低伺服液压缸的摩擦,提高伺服液压缸的控制精度和使用寿命。
系统设计与研究
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  草方格铺设机电液控制位姿调节悬挂设计及仿真验证

  常同立, 仲亚林

  液压与气动. 2025, 49(8): 104-110. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.010

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  针对防风固沙横向草方格铺设机在起伏不平沙漠表面作业的位姿调节需求,设计一种电液控制位姿调节悬挂系统,用于连接防风固沙横向草方格铺设机与拖拉机。分析位姿调节悬挂机械机构,建立运动学模型;设计位姿调节液压系统,建立阀控缸液压动力元件模型;设计电液控制系统方案。采用AMESim软件建立横向草方格铺设机位姿调节悬挂仿真模型。仿真结果表明:电液控制系统设计可行;横向草方格铺设机位姿调节悬挂设计可行。
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  具有液压马达泄漏补偿的泵阀协同起重机电液混驱卷扬机构特性研究

  杨鹏飞, 杨敬

  液压与气动. 2025, 49(8): 111-122. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.011

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  针对起重机卷扬系统微小流量工况下控制精度不足及负载抖动问题,提出泵阀协同电液混驱系统解决方案。通过构建泵/马达容积效率测试平台,建立压力-流量泄漏补偿曲线,形成双模控制策略:快动工况下阀芯全开,依托泄漏补偿曲线,通过液压泵调控流量;微动工况下依据阀压差实时调节开度,实现精准控制。同步设计电机-马达卷扬机构,有效抑制负载扰动对系统压差的影响。通过AMESim仿真验证,在120、60、20、10 L/min四级流量负载突变时,仅采用泄漏补偿策略马达转速分别下降2.92%、5.17%、17.02%、42.92%;引入电机-马达机构后转速波动基本消除,各流量工况下马达工作压力稳定于4.3~3.8 MPa,泄漏量维持稳定。研究表明,该协同控制体系显著提升了微流量工况控制精度,通过动态压力稳定机制有效抑制了负载扰动引起的系统波动。
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  大负载液压机械臂俯仰机构建模及控制研究

  孟繁宇, 王腾, 宋涛, 郭文孝, 杨喜, 赵海伟

  液压与气动. 2025, 49(8): 123-132. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2025.08.012

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  液压机械臂能够提供较大的推力或转矩实现大负载物品的搬运。但是相比于电机驱动,液压驱动系统结构更加复杂、响应速度慢,且液压系统存在伺服阀流量与压力及摩擦力变化的非线性的特点。但目前工程中采用最多的控制方法仍是PID线性控制,在系统非线性、负载扰动过大的情况下,PID的控制效果非常不理想。基于此,以抓管机械臂为研究对象,考虑液压、摩擦非线性及负载扰动,以拉格朗日法对其进行动力学建模,描述整个系统的动态响应。分别设计了模糊PID控制器和基于反步法的模糊滑模控制器;通过仿真验证,基于反步法的模糊滑模控制器能够有效适应系统的非线性及负载大幅扰动,将机械臂位置误差控制在1%之内;并用饱和积分函数及模糊思想改善了滑模控制易出现的抖震问题。