2026年, 第50卷, 第5期　
刊出日期：2026-05-20

  

• 全选
  |

系统设计与研究
• Select
  基于少位姿传感器的挖掘机自动称重与位姿协同估计方法

  曲世龙, 胡月平, 葛磊, 杨敬, 孙辉

  液压与气动. 2026, 50(5): 1-10. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  实现挖掘机物料的自动称重对于提升装车效率与作业管理智能化至关重要。然而,现有称重方法高度依赖加装多个外部位姿传感器来获取工作装置的完整关节信息,导致系统成本高昂、可靠性降低及存量设备改造困难等核心问题。为突破这一瓶颈,提出一种基于数据驱动的“软传感器”技术,仅利用挖掘机现已标配的液压缸压力传感器以及动臂倾角传感器,即可实现作业过程中物料重量与关键位姿的实时协同估计。该方法通过提取特定作业阶段的动力学特性,将复杂位姿变化简化为缓变参数,并采用约束非线性最小二乘拟合策略,率先精确估计出物料重量和斗杆位姿,再将其作为已知量反向估计出完整的铲斗位姿。研究结果表明,在基于仿真和实测数据的测试中,该方法对物料称重与关键位姿参数的估计误差均优于3%,不仅为自动称重系统提供了高效的可行路径,其提供的精确位姿基准也为实现轨迹跟踪等自动化功能奠定了关键基础,具有广阔的工业应用前景。
元件分析与优化
• Select
  基于有限元仿真的大流量气动压电比例阀结构设计研究

  陈俊伶, 胡慧, 任帅, 王涛, 马兵兵

  液压与气动. 2026, 50(5): 11-17. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  压电陶瓷是一种实现电能和机械能相互转换的功能性材料,以压电双晶片为驱动器的压电比例流量阀具有快响应、低功耗、高精度等优点。然而,压电双晶片较低的输出力限制了其在大流量场合中的应用。为了提升压电双晶片驱动的比例阀输出流量,采用COMSOL和Fluent软件分别建立了压电阀的三维和压电双晶片的二维轴对称模型,对阀门流场特性及压电元件流固耦合问题进行分析,探究了进、出气口位置、大小、阀口开度、阀腔压力对输出流量的影响,研究了压电双晶片末端受力与输出流量的关系,并且与现有的同类型压电比例阀进行了性能对比。结果表明,参数优化后的阀门输出流量得到了显著提升:当阀腔入口压力达到0.5 MPa时(出气口半径为1.1 mm),其输出流量接近160 L/min,且此时压电双晶片自由端所受力仅为0.9 N;为喷嘴挡板式气动压电比例阀的设计提供了指导,有望拓宽其使用场景。
• Select
  多腔体液压缸设计优化

  刘馨瑞, 夏连鹏, 王翔宇, 郝云晓, 徐世权, 葛磊

  液压与气动. 2026, 50(5): 18-26. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  为了进一步降低液压挖掘机动臂多腔体液压缸驱动系统能耗,并对多腔体液压缸进行轻量化设计,首先探明了多腔体液压缸面积比对系统能耗的影响,进一步采用非支配排序遗传算法Ⅱ对多腔体液压缸的关键结构参数进行优化。结果表明,当多腔体液压缸无杆腔与储能腔的面积比达到1.0~1.1时,挖掘机动臂一个工作循环内能耗达到最低水平;经非支配排序遗传算法Ⅱ优化结构参数的多腔体液压缸,最大应力降低35.16%,整体重量减轻21.72%;挖掘机动臂一个工作循环内系能耗相比优化前降低7.31%。
系统设计与研究
• Select
  步进电机直驱滑阀工作点保持力矩试验方法研究

  魏列江, 李仟祥, 刘增光, 强彦, 李娜娜

  液压与气动. 2026, 50(5): 27-36. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  步进电机直驱滑阀从零到最大开度变化过程中,要求阀芯各工作点处电机电磁转矩可靠以平衡各工作点处的保持力矩,而恒流控制下步进电机电磁转矩随温度上升而衰减,且电磁转矩与电机电流之间存在死区和饱和区,导致电磁转矩与滑阀工作点保持力矩无法精确匹配。为解决该问题,基于步进电机电流-电磁转矩和阀芯力学理论,分析影响电磁转矩与保持力矩平衡的关键参数为力矩常数,设计了力矩常数试验方案,采用线性回归的方法拟合电流-电磁转矩特性曲线,得到力矩常数K_t值为0.413±0.01 N·m/A、电流-电磁转矩的线性范围为0.4～2.3 A;对阀芯工作点处静态力矩阈值进行测试,保证滑阀工作点可靠运行时液动力阈值;最后得出电流-电磁转矩线性范围内保持力矩参数的电流-位移匹配法。试验结果显示相对于普通恒流控制,基于保持力矩参数的电流-位移匹配法控制下电机能耗低。
元件分析与优化
• Select
  旋转阀配流用平板阀阀口的流量系数

  朱碧海, 陈宇轩, 何贵元

  液压与气动. 2026, 50(5): 37-52. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对旋转工况下的平板阀,通过试验与数值方法研究了其在旋转与非旋转状态下、正向与反向流动时的流量系数及其变化规律。结果表明:流量系数与阀口重叠量成正比,与开口高度成反比,且该影响随转速与开度的增加而减弱。旋转状态下,离心力起主导作用:正向流动的流量系数随转速升高而增大,反向流动时则减小。科氏力破坏了入口流速分布的轴对称性,并在阀口控流区内抵消离心力的影响,导致正向流量系数随出流速度增加而下降,反向流量系数则随之上升。流量系数的变化可由旋转雷诺数与出流雷诺数共同表征。在高旋转雷诺数(约93000)与高出流雷诺数(约5500)下,正向与反向流量系数分别收敛于0.72～0.73与0.52～0.53。若固定出流雷诺数提高转速,正向系数可高于0.73,反向系数可低于0.52;若固定旋转雷诺数提高流速,则系数趋近于非旋转状态的稳定值(约0.57～0.65)。
• Select
  液压支架换向阀用O形圈密封性能分析

  秦豪, 樊瑞龙, 张强, 律文鹏, 廖瑶瑶

  液压与气动. 2026, 50(5): 53-64. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  液压支架阀用密封圈采用O形圈往复密封结构。O形圈的密封性能决定了液压支架阀控缸系统的可靠性。O形圈密封失效会导致液压阀内部腔体窜液、漏液,造成液压阀工作口无法正常开闭,使液压支架姿态难以控制。液压支架采用水基乳化液为介质,水基乳化液的配比浓度会对密封效果产生影响。为探究匹配不同工况的最佳配比,结合有限元分析与数值计算,对不同工况下往复摩擦力进行仿真分析。为验证仿真结果,设计并搭建了一种试验装置用于测量液压系统中往复密封结构的密封圈摩擦力。基于该新型试验装置,探究了不同介质浓度下阀芯往复运动摩擦力受工况因素影响的变化规律,由此确定了流体压力波动时的最佳介质浓度和摩擦力控制补偿策略。
系统设计与研究
• Select
  偏转板所受射流液流力的计算

  王建森, 李恒, 李一茹, 叶荣科, 黄伟, 陈乾鹏

  液压与气动. 2026, 50(5): 65-73. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  偏转板所受射流液流力的计算是力矩马达设计、衔铁组件静态工作点确定及伺服阀性能分析的基础。针对偏转板射流液流力理论建模及解析困难的问题,构建了偏转板射流阀的三维稳态磁-固-流多物理场耦合仿真模型,经仿真计算与试验测试比对,两者在衔铁位移及前置级断载压力特性上的最大偏差分别为8.9%和9.6%,验证了模型的有效性。基于该模型,进一步分析了控制电流与进口压力对衔铁输出力矩、位移及挡板射流力的影响规律,结果表明:射流液流力使得衔铁输出力矩及位移变小,且控制电流越大、进口压力越高,衔铁输出力矩及位移减小量越显著;并以4、6 MPa下的仿真数据拟合得到了液流力与进口压力、控制电流间的二元函数关系式,拟合优度R²=0.9964,利用拟合关系式对进口压力为2、8 MPa时的液流力进行了预测,与仿真结果相比,二者最大偏差分别为7.7%、2.4%,可为后续伺服阀静动态特性的解析分析奠定基础。
• Select
  矿用车辆失压制动系统制动阀静态特性研究

  刘杰, 周锋涛

  液压与气动. 2026, 50(5): 74-81. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  失压制动系统在矿用车辆中得到广泛应用。为掌握制动系统中核心部件制动阀的静态特性,完善制动系统设计理论,在对制动阀结构及工作原理进行详细分析的基础上,建立了制动阀静态数学模型。以不同大小踏板力为输入变量,研究了制动阀静态制动压力的变化规律,并揭示了制动阀主要结构参数对制动压力以及最大制动压力的影响规律和敏感程度。最后,以整车制动系统为试验平台,验证了理论计算模型。结果表明,制动阀静态制动压力受多种因素相互制约,当踏板力增加至足以使压力卸载后,制动压力与踏板力成线性变化关系,踏板力越大,制动压力越小,但最大制动压力仅仅与制动阀结构参数有关;封油长度、偏置弹簧刚度及调压弹簧刚度对制动阀静态特性具有较大影响,同时,阀芯直径、调压弹簧刚度对最大制动压力影响较显著。
• Select
  基于微流控自适应红外伪装薄膜研究

  刘旭玲, 于雪辉, 张钰松, 彭超锋, 叶国永, 邵景干

  液压与气动. 2026, 50(5): 82-89. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对传统红外伪装技术在动态复杂环境及多光谱联合探测中适应性不足、难以实现实时热辐射调控的问题,提出一种基于微流控技术的红外伪装薄膜系统,旨在通过动态调节表面温度实现目标与背景红外特征的自适应匹配。建立包含固体基底与嵌入式微流道的伪装薄膜结构和热流固耦合仿真模型,分析其在稳态条件下的热传递特性。分别在流道入口流速为0.25~5.00 m/s、流道间距为1~4 mm的条件下进行仿真分析,研究流速与微流道结构对温度分布的影响规律。通过红外成像试验验证伪装薄膜在不同流速与时间序列下的表面温度变化,评估其红外伪装效果。研究结果表明:较高流速(如5.00 m/s)与较小流道间距(如1 mm)可显著提升温度均匀性,最大温差由15 ℃降至2 ℃,有效模糊目标红外轮廓。在流速0.50 m/s以上时,薄膜表面温度可迅速趋近背景温度,实现良好的红外隐蔽效果。
元件分析与优化
• Select
  工程机械用比例减压阀冲蚀磨损特性研究

  陈立娟, 高翔, 高伟, 姚太鑫, 张宇轩, 艾超

  液压与气动. 2026, 50(5): 90-99. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  电液比例减压阀是工程机械电液控制系统的核心元件,其性能退化直接影响系统可靠性,而冲蚀磨损是导致阀失效的主要形式之一。以典型比例减压阀为对象,采用计算流体动力学与离散相模型,结合Oka冲蚀模型,模拟了不同阀芯间隙、开口度及进出口压差下阀内液固两相流动特性与冲蚀磨损分布,并通过试验验证了仿真结果的合理性。研究表明:冲蚀磨损主要集中于P口节流刃边区域;磨损率在阀芯间隙约为15 μm、压差2.8 MPa时达到峰值;随着间隙继续增大、或压差进一步升高,冲蚀磨损均呈现减缓趋势。阀口冲蚀导致压力增益下降与内泄漏增加,是性能衰退的主要原因,研究可为比例减压阀的故障分析、寿命预测及结构优化提供理论依据。
• Select
  锚杆钻机钻进过程的单神经元PID自适应控制

  郭辉, 张宏, 吴钰炎, 冀泽豪

  液压与气动. 2026, 50(5): 100-111. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在锚杆钻机支护作业中,为提升钻孔效率并保障作业安全,需针对不同硬度的围岩匹配相应的钻进参数。为此,设计一种基于单神经元PID控制的锚杆钻机钻进旋转自适应控制系统,以实现钻进过程中钻进参数可依据围岩硬度变化进行自适应动态调节。首先,对锚杆钻机液压系统进行设计并对关键元件计算选型;其次,基于AMESim-Simulink联合仿真平台构建电液联合仿真模型,在围岩硬度变化工况下,对锚杆钻机液压系统分别采用传统PID控制策略与单神经元PID控制策略进行对比分析。结果表明,相较于传统PID控制,单神经元PID控制策略能有效降低系统稳态误差,缩短调节时间,并减小超调量;经单神经元PID优化后的锚杆钻机电液系统能跟随围岩硬度变化准确、快速、稳定地实现自适应钻进控制,提升液压锚杆钻机钻孔自动化水平。
• Select
  基于Copula的水轮机调速器液压控制阀可靠性评估

  任刚, 王登贤, 徐龙, 汪林, 高玲, 刘钰琦

  液压与气动. 2026, 50(5): 112-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  水轮机调速器的可靠性直接影响到发电机组的安全稳定运行,其中液压控制阀是水轮机调速器的重要组成部分。为提高水轮机调速器液压控制阀可靠性评估的准确性,提出一种基于Copula的可靠性评估方法。针对液压控制阀性能特征退化的随机性和非单调性,采用维纳过程对两个关键性能特征建模,利用贝叶斯信息准则筛选出最适合的Copula函数来描述其相关性,建立了基于Copula函数的二元相关退化模型。通过电磁换向阀全寿命试验的案例分析表明,相较于一元退化模型和二元独立性假设退化模型,该方法能更全面反映液压控制阀的实际退化状态,进而给出更合理更准确的可靠性评估结果,且预测结果的可信度更高,可为水电站的维护决策提供更为可靠的依据。
系统设计与研究
• Select
  先导式气体安全阀颤振分析与改良

  万竞择, 赵永立, 石岩, 郭欣睿, 孙铭泽, 王一轩

  液压与气动. 2026, 50(5): 125-135. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2026.05.013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对先导式气体安全阀在特定工况下易发生颤振、影响系统稳定运行的问题,采用数学建模与频域分析相结合的方法,对其颤振机理及抑制策略进行了系统研究。首先基于阀内流动特性与结构动力学,对先导阀与主阀的运动过程进行解耦分析,分别建立了包含气动力、弹性力及阻尼项的动力学模型。在此基础上,通过频域分析揭示了主阀在先导控制作用下相位裕度不足是引发颤振的主要原因。结合 MATLAB 仿真结果表明,在原有系统结构中引入合理尺寸的阻尼孔,可有效增加系统阻尼并提高主阀的相位裕度,从而显著削弱颤振趋势;同时,适当增大主阀初始开度亦有助于改善系统动态特性。进一步的试验验证结果显示,改良后的先导式安全阀在稳定性与动态响应性能方面均得到明显提升,颤振现象得到有效抑制。研究结果为先导式气体安全阀的结构设计与参数优化提供了理论依据和工程参考。