文摘
为了实现高效、稳定的缓冲效果不确定的影响的情况下,数字液压阻尼器是发达,可以调整整个缓冲能力,适应在缓冲过程中影响加载时间。摘要能量耗散机制在数字液压阻尼器和整个制动过程进行了研究。能量耗散之间的关系过程和控制过程。首先,数字节流装置的能量耗散过程研究,和能量损耗的数学模型的数字液压阻尼器单元和整个数字阻尼器的能量耗散模型建立。的能量耗散模型提出了数字液压缓冲。其次,对能量损失的影响造成的数字阻尼器的三个元素,截面的突然扩大,形式的孔,和锥阀口形式,进行了分析。最后,基于能量耗散模型,控制模型的能量耗散过程,这对详细的结构设计奠定了理论基础和控制优化。
1。国家的艺术
作为一种安全保护装置,液压阻尼器已广泛应用于各种场合。基本工作原理是,产生的能量影响身体消耗通过节流部分可以生产液体阻力。
江(1]研究了渐进的节流液压缓冲,梯度节流液压缓冲器的角色在履带式汽车悬架系统进行了分析。王等人。2]研究了结构设计、优化和multiorifice液压缓冲器的动态特征。小王和沈3模拟和分析了粘弹性阻尼器;提出了粘土的缓冲设计的优化方法。气(4)做了一个比较研究的实验和模拟粘弹性缓冲,这表明高粘弹性材料的应用的可行性反冲机制。王等人。5研究了粘弹性缓冲的缓冲特性,表明,粘弹性阻尼器的使用可以增加能量吸收率,提高稳定性。Baochen et al。6)研究和分析了节流杆缓冲的缓冲特性,验证了选择方法的合理性K。
缓冲,及时响应和光滑的缓冲过程应该改进的基础上保证缓冲效率和吸收的惊人的能量。为了实现上述目标,提出了一种数字液压缓冲由王et al。7]。在缓冲如图1高速开关阀,节流阀串联连接形成一个数字磁节流装置,和数字节流阀集团是由几组数字磁节流单元并行;高速开关阀控制的PID是用来完成可变节流控制。
数字液压缓冲,以达到高效、稳定的缓冲效果不确定的冲击载荷下,应解决以下问题:首先,数字节流装置,关键是如何保证矿体合适PWM(脉冲宽度调制)和在缓冲过程中能量耗散的价值,其次,如何控制整个缓冲能力使其适应影响负载在缓冲过程中。
为了实现上述目标,数字节流装置的能量耗散过程需要研究。在此基础上,能量耗散模型和控制模型的数字液压缓冲应该提出,这将提供一个理论依据详细的结构设计和优化控制。
针对能量耗散的问题,香港等。8- - - - - -10)研究了流量系数和流场变化规律的各种阀门端口。Zhang et al。11)的流量系数进行了实验研究的孔平板阀、锥形阀,球阀,滑阀,提出结构设计的优化设计的各种孔流量系数的观点。吴(12,13]分析了伺服阀的流动特性在层流和紊流状态的实验。Srikanth和Bhasker14]研究了流场中旋涡的形成和发展基于动态网格技术的液压阀。速度等。15]研究了短管阀孔的流量系数和液体内部流场的变化。刘等人。16]研究了锥形流量计的尾流场。Yu et al。17]研究孔口倒角的影响在多孔板流量计的流场特征。高(18)进行有限元分析的复杂流道的流场及各种节流孔。王等人。19]研究了穴蚀现象的原因的产生和影响因素液压提升阀端口。傅和杜20.]研究了穴蚀现象的现象在高速流节流槽。Vallet et al。21]研究了液压的液压管路和阀孔的流量系数。
在上述研究中,能量损失机制在整个阻尼系统和整个阻尼过程尚未系统研究。能量耗散之间的关系过程和控制过程不是提到。在我们的研究中,研究了数字节流装置的能量耗散过程,和突然的影响扩展数字阻尼装置,阀门开度,扩展能量损失进行了分析。能量耗散模型提出了数字液压缓冲,和能量耗散的相关模型和控制过程,建立了详细的结构设计奠定了理论基础和控制优化。
2。数字液压阻尼器的耗能机制
数字液压阻尼器由几种数字磁节流阀的单位,由高速开关阀和节流阀。节流阀和高速开关阀串联连接,形成数字节流装置如图2包括节流阀体,线圈,阀心,气弹簧,门将,极靴。大量的并行数字磁节流单元组合在一起形成一个数字节流阀。当石油通过单位,有局部压力损失和摩擦压力损失,并创建一个阻尼力,以缓冲影响对象,直到停止。
如图3,当流体流经数字节流装置,有三种能量损失在突变截面局部压力损失,通过孔摩擦压力损失,通过锥形阀口和局部压力损失。数学模型的能量损失单位根据上述三个因素进行了分析。
2.1。能量损失的数学模型
数字阻尼装置的流量取决于锥形阀口的流量。在一个脉冲宽度调制(PWM)期间,通过阀孔的平均流量正比于输入信号的脉宽调制。的平均流量数字阻尼装置如下:
的公式,是数字阻尼单元的平均流量,的PWM脉冲,等于 ,在哪里PWM脉冲宽度和吗是脉冲的脉宽调制,流量系数,节流孔的面积是2节,然后呢锥形阀孔的压差。
2.1.1。在突变截面局部压力损失
在图3、局部压力损失在突变截面说明当流体流入孔的数字磁节流装置。在突变截面(局部压力损失)可以描述如下:
在公式(2),部分的面积是2 - 2,部分的面积是1 - 1,2 - 2节是流的平均速度,部分损失系数等于和重力加速度。根据公式(2),
能量损失截面变化如下:
2.1.2。通过孔摩擦压力损失
根据navier - stokes方程,压力损失流过的距离1如下:
在公式(5),流体的运动粘度,节流孔的直径,流体的速度在节流孔。根据公式(3)和(5),它显示了压力损失如下:
2.1.3。通过锥阀口局部压力损失
缓冲过程实现的并行数字阻尼单元的数量。如果打开数字磁节流单元的数量n目前,然后平均流 ,流经锥轴的端口,如下:
在公式(7),一个是数字液压阻尼器活塞的截面积如图1,是活塞的运动速度。造成的压力损失锥轴的数字磁节流装置如下:
2.1.4。能量耗散模型的数字液压阻尼器
总之,总损失的数字在数字液压阻尼器阻尼单元包括三个部分的损失在突然的扩展部分,损失在节流孔板,和当地损失锥阀孔。总损失/数字阻尼装置的数学模型(水柱高度)可以描述如下:
在这里,整个系统的能量耗散模型给出如下:
2.2。仿真分析数字阻尼装置的能量损失
在本节中,这三个影响因素的能量损失数字阻尼装置主要研究,即突然扩展通道与倒角,用不同比例的突然扩展部分,锥形轴与不同的角度。关注三个因素,仿真分析。
通道的流场建模突然扩展可以根据图的建立4和表1。数字的流道阻尼单元如图4一个阻尼孔。孔的直径是0.5毫米,孔的长度是0.75毫米。的大小与不同比例的部分根据表突然得到扩展1。
45 #液压油是用于模拟和特定的仿真参数如表所示2。
锥形阀流场建模的核心是建立数据显示5和6和表3。锥形阀的核心人物5和6有相同的高度。高度是0.3毫米。锥形轴的大小根据表中获得不同的角度3。
2.3。延长截面不同比率的影响
流体流经突然扩展后的截面,流场图如图7就形成了。可以看出,射流现象发生在横截面不同突然扩展比例,导致墙的存在再循环区和喷射循环区。能量损失的关键因素是各种紊流区变化的漩涡。因为飞机之间的再循环区很小,可以忽略。在这里,l是再循环带的长度吗的流速紊流区。横截面的突然扩展的起点是作为坐标原点,和协调的地图建立了截面的流场。漩涡中心的坐标的紊流区上下墙是由O1和O2。
从图8和表4,可以看出压力改变严重时突然蔓延比等于1.5。从数据9- - - - - -15,也可以看到,突然扩散率的增加,涡和负压区域的规模增加。然而,从图16和17,可以看出,突然扩散率成反比的湍流动能和速度回流漩涡中心。总之,涡的规模不是能量损失的关键因素。的关键因素,确定损失的能量突然蔓延截面回流速度和湍流动能的回流区。突然扩散率越小,越融合速度和湍流动能的回流区。和更复杂的涡结构的回流区,更加激烈的运动和局部压力损失越大。从图18,也可以验证,进口和出口之间的压力差成反比突然扩散率,和流量系数突然扩散率成正比。这表明突然扩散率越大,能量损失越小。
2.4。倒角影响能量损失突然横截面的延伸
从数据19和20.和表5可以看出,如果有一个槽横截面的扩展,扩展的涡流的大小截面将减少,和负压区也将减少。从数据21和22,可以获得相同的结果。从图23可以看到,它的湍流动能扩展槽的截面是低于没有槽截面的突然扩展。从图24,可以看出回流速度旋涡中心的横截面的突然扩展槽低于没有槽截面的突然扩展。
突然扩展的横截面的压力损失主要是由于这一事实流线不能弯曲,这将导致涡截面的突然扩展然后造成压力损失和能源损失。截面的突然扩展的流量系数与倒角是0.47,和横截面的突然扩展没有倒角是0.49,这就增加了4.25%的流量。突然扩散槽将简化在截面的突然扩展更顺利,这有利于减少涡流的大小,降低速度和湍流动能在墙上回流区,并减少压力损失和能源损失。
2.5。提升阀的核心角度对能量损失的影响
从数据25- - - - - -27,它可以看到的角度提升阀芯的大小成反比涡在阀口和阀口的边缘在同一高度。从数据28- - - - - -30.可以看到,有一个流体分离现象提升阀的尖端核心。提升阀芯角越大,较弱的液体分离现象。核心的角度越大,越大高压区域核心渠道。从数据31日- - - - - -35,也可以看到与核心角度的增加,湍流动能区域减少,湍流强度降低,在该地区减少能量损失。与核心的角度的增加,提升阀的负压墙上变得更小,流速降低,和压力变化速率和流速变化速率变小。大的负压将加速涡流速度在墙上回流区,和流场的变化更为复杂,导致更大的压力损失和能源损失。
总之,能源损失提升阀港口包括能量损失在阀口的边缘和能量损失的阀芯。提升阀芯打开时,在相同的高度,提升阀芯角越小,越快提升阀的流体流经核心,加速涡流阀口的边缘区域,增强了湍流强度,并增加了能量的损失。流动分离现象会发生在区域的提升阀芯与圆形截面,使分离涡发生在阀芯的提示区域并增加它的能量损失。随着角度的增加,能量损失减少。
3所示。能量耗散过程的控制模型
根据整个系统的能量耗散模型提出了部分2的关键因素,可以看出如下:脉冲宽度调制(PWM)的数字阻尼单元,数字阻尼器的单位,槽的截面的突然扩展数字阻尼器单元,突然横截面的延伸与不同比例的数字阻尼单元,和锥轴数字阻尼装置的不同角度。所有这些影响能量耗散过程。
从理论上讲,上述五个参数过程中应控制数字阻尼器。从理论上讲,上述五个参数阻尼过程中应控制。摘要PWM和数字阻尼器的数量单位是目前的可调参数。只有数字的PWM阻尼元素和数字的数量阻尼元素被设计为可调参数。
工作方程如下:W=FS。在同样的能量吸收情况,阻尼器的力在活塞杆的位移成反比阻尼缸的活塞。的公式,W是总能量吸收的液压阻尼器,F力在阻尼缸的活塞杆在缓冲过程中,然后呢年代在阻尼缸活塞的位移在缓冲过程中。
两种控制模式设计的数字液压阻尼器,即最低压力模式和最小位移模式。最低压力模式,阻尼缸的活塞杆上的力应该是最小的情况下最大允许位移。最小位移模式下,活塞的位移减震筒应该最小的情况下最大允许压力。
整个系统的能量耗散过程是基于不同的工作模式,以确定适当的缓冲压力值。这里,缓冲压力值与描述F在图36。数字液压阻尼器配备速度传感器和压力传感器,用于检测速度和压力的影响在阻尼缸的无杆腔,分别。整个运动部件的速度与描述V在图36。
控制过程如图36。当影响身体接触数字液压阻尼器的活塞杆,活塞的速度,活塞杆,影响身体将是相同的。影响身体的速度由速度传感器实时检测。阻尼缸的无杆腔的压力由压力传感器实时检测。平均价值处理后,PWM数字数字阻尼的阻尼单元和数字单位是由数字控制节流控制算法。根据数字节流控制算法,可以调整装置的节流面积实时根据影响身体的移动情况,以获得最佳的节流面积。然后,压力和缓冲位移的值的数字液压阻尼器可以调节的目的,实现平滑控制和及时的缓冲。
4所示。结论
摘要数字阻尼单元的能量损耗的数学模型和能量耗散模型的数字建立了阻尼器。基于能量耗散模型,单个数字阻尼装置的能量耗散机理进行了研究。对能量损失的影响造成的数字阻尼器的三个元素,是在突变截面局部压力损失,通过孔摩擦压力损失,通过锥形阀口和局部压力损失,进行了分析。能量耗散机制的研究的基础上,给出了能量耗散过程的控制模型,为更好的实现奠定了理论基础在缓冲过程的影响。
未来的作品,对能量损失的影响,这是由于局部压力损失在突变截面,通过孔摩擦压力损失,通过锥形阀口和局部压力损失,身体将被测试的试验台,验证仿真模型。数字的优化结构阻尼器单元将根据测试和仿真数据,和一个优化的能量耗散过程模型将得到控制。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持的山东省自然科学基金(ZR2016EEM02),中国国家自然科学基金(51375282)和国家重点实验室的矿山灾害预防和控制中心与山东省和科学技术部(51010305029)。