水液压传动技术是流体传动的一个新方向,水液压溢流阀是水液压系统中重要的压力控制元件。以直动式溢流阀为例,建立其数学模型,在MATLAB的Simulink模块中进行仿真分析,得到了其动态特性曲线图以及影响动态特性的主要参数。结果表明溢流阀的供液流量、弹簧刚度等参数对其动态特性有很大影响。

为了研究阀口二级节流特性,分析了U型、V型及其组合形式节流槽的几何特征,并在此基础上简化计算其节流面积,得出以阀口开度X为自变量的节流截面面积比,发现对于U型槽随着阀口开度X的变化其最小节流截面存在着转移现象,而V型槽则不存在.另外引入空化气蚀指数σ,计算以阀口开度为自变量的U型槽和V型槽空化气蚀特性函数并做出了气蚀指数曲线,分析节流槽进出口压力变化时空化气蚀特性的变化并通过试验验证,发现U型槽随着阀口开度的变化空化气蚀剧烈区的位置会发生相应的转移,而V型槽则不发生变化;当U型和V型槽的液流进出口翻转时,其气蚀指数的大小会发生明显的变化.由节流槽刚度计算式推导了U、V型节流槽的刚度理论计算式,并得出了在不同进出口压力差和不同阀口开度下的刚度曲线,研究结果为工程人员设计高性能液压阀提供了一定的理论依据

计算U型节流阀口过流截面通流面积A1(X)、A2(X)及其湿周P w1和P w2,并得到了等效水力直径D h1和D h2。推导了表征阀口节流特性的参数节流压降分配系数均值E(k)及其方差D(k),空化指数σ2的均值E(σ2in)、E(σ2out)及其方差D(σ2in)、D(σ2out)。利用正交试验设计和模糊综合判断得到了节流阀口优化结构,并与初始节流阀口相比较。结果表明D h2提高了53.85%;E(k)与1的偏差减小了25.23%,D(k)降低了80.50%;D(σ2in)、E(σ2in)、D(σ2out)和E(σ2out)分别减小了35.16%、9.32%、1.61%和62.39%。

对半圆形、单三角形、三角半圆形和双半圆形节流槽阀口的流量系数进行了研究。基于阀口的流量压差特性试验,在已实现程序化计算阀口通流面积的基础上,获得了上述4种节流槽阀口的流量系数及其变化规律,对节流槽滑阀的设计及其流量精确预测具有重要实用价值。

研究了3种具有代表性结构特征节流阀口的静态流动特性。采用流场仿真分析了阀口处的压降分布特性,并描述了节流面位置随开度的变化过程。推导了阀口过流面积公式,分析了3种节流阀口的节流特征。从流量-压差特性出发,结合试验研究和理论分析,推导出了流量系数与雷诺数的数学关系式,得到了流量系数稳定值Cdst,并探讨了流量系数随开度的变化规律。在理论计算值和试验结果相互吻合的基础上,进一步研究了阀口稳态液动力和节流刚度特性,并利用试验测量结果验证了其正确性。研究表明球形槽的通流能力强,初始段流量系数大,适用于需要快速建立系统压力的情况;三角形槽节流刚性足,流量增益平稳,适用于需要精确控制的场合;渐扩U形槽既能保证启闭时的灵敏性,也能满足运行的平稳性。

提出一种起重机回转制动的能量回收系统,该系统由液压回路和控制回路组成,采用多种液压阀体组成的液压调节器,回收回转马达制动时的能量,并以液压能的形式储存在蓄能器中。当蓄能器释放能量时,蓄能器中液压油驱动变量马达和电动机经过分动箱的动力分配后带动主泵对工作负载做功,并且流经变量马达的液压油可进入其他执行机构,实现了液压油流量的再生,减少了能量回收转换环节,提高了能量回收效率,高效地运转了发动机,降低了油耗。

分析了一种新型平衡阀的静态性能,得到承载能力与主阀芯弹簧刚度K、流量q、节流系数的倒数Cq-1、节流口水力周长倒数w-1、油液密度平方根ρ0.5、节流口压差Δp的乘积以及负载液压缸有效直径与液压缸伸出杆有效直径之比R呈正比。运用AMESim进行动态模拟,分析结果表明增大控制压力pc可以加快负载稳态运行速度,但不会对负载动态性能造成较大影响;减小主弹簧刚度K可以加快负载运行速度,却会使负载动态变化时间加长;负载质量M的变化会对速度的动态过渡时间产生影响,却不影响负载最终运行速度;主阀芯右侧端面直径D的变化对负载动态特性的变化无显著影响;减小负载液压缸有效直径与液压缸伸出杆有效直径之比R可以加快负载速度,但对速度动态过渡时间无影响。

以稳定蓄电池荷电状态(SOC)以及合理分配系统功率为目的,提出一种应用于并联式混合动力液压挖掘机动臂系统的控制策略。研究该控制策略的具体规则,利用MATLAB/Simulink软件建立控制策略模型。在动力系统数学模型的基础上,利用AMESim软件建立动臂系统的仿真模型。联合仿真结果表明应用该控制策略使得蓄电池SOC值较稳定,发动机驱动负载的多余功率由电动/发电机储存在蓄电池中,并且不足功率由电动/发电机来补充,有利于系统稳定高效地工作。

对非全周开口滑阀内部流道进行了三维建模，并用CFD软件fluent对模型进行计算分析。研究发现滑阀阀腔内的流场在节流口前后变化较大，在阀腔和阀座的拐角处存在涡流，而增大阀腔内的压力可以减小涡流的形成。阀芯受到的稳态液动力随着流量的增大而增大，随着阀口开度的增大而减小。滑阀进出口的压力损失主要是由于油液在节流口处的节流特性引起的，而阀腔内部的涡流和油液的黏性摩擦引起的压力损失只占很小一部分。

针对液压挖掘机动臂势能的可回收性,提出了一种带旁路节流阀的电气式混合动力能量回收系统.分析了动臂的不同工作模式.考虑到液压马达低速运行的不稳定性,提出了一种应用于不同动臂工作模式下的复合控制策略.建立了能量回收系统的数学模型,并基于AMESim建立了能量回收系统的仿真模型.研究结果表明：能量回收系统在不同动臂工作模式下工作,通过复合控制策略对能量进行合理有效地回收,并且在不同动臂工作模式下动臂速度响应与目标值相一致,表明能量回收系统和复合控制策略可行.