介绍了2012-2022年行业发展的主要成就,回顾2023年,展望2024年行业运行情况,聚焦目前行业发展需要关注的主要问题,提出当前行业的主要任务,从4个方面介绍了液压液力气动密封行业的发展情况。

超高压机械密封作为各类高端装备的核心零部件,其工作可靠性对于装备效能提升和运行寿命有着重要影响。介绍了超高压机械密封工作参数和研究目标,分析了目前超高压机械密封型式及特点,并针对超高压机械密封面临的难题进行了分析,提出了相应对策。

往复密封性能是影响机械设备高效性、可靠性和安全性的关键因素。随着往复密封设计的需要以及实际应用环境的复杂化,往复密封理论研究的重要性日益凸显。围绕往复密封的数值模拟及仿真研究现状,从力学与弹性流体润滑效应研究、瞬态效应及热效应的研究三方面进行详细阐述,并讨论了现存问题。

轴向柱塞泵产生的压力脉动是造成液压系统不稳定的原因之一。压力脉动会引起系统的振动和疲劳失效,甚至损坏元件造成巨大损失。柱塞泵的压力脉动主要是由于其运动方式产生的运动流量和自身结构造成的动态流量在阻抗的作用下形成。主要介绍和讨论了国内外研究人员在这一领域内的研究,包括压力脉动的产生原因,测量方法,各种因素对压力脉动的影响及优化方案,以及在泵的结构外部安置主、被动脉动控制器。作为进一步研究柱塞泵压力脉动的基础。

针对某国产化活塞组合密封圈内泄漏问题,基于ANSYS Workbench模拟活塞组合密封圈装配过程的变形情况及接触应力变化情况,采用流体压力渗透载荷的加载方式模拟介质压力对密封圈弹性体的作用,研究活塞组合密封圈弹性体压缩率、硬度以及工作压力对其密封性能的影响。研究表明:弹性体上、下密封部位(BC段、DE段)最大接触应力略小于工作压力与装配下弹性体最大接触应力之和,其密封性能良好;弹性体压缩率及硬度越大,其最大接触应力越大。通过对活塞组合密封圈挡圈及导向环开口间隙以及开口角度的研究,得出挡圈厚度偏小以及导向环开口间隙偏大是导致活塞组合密封圈内泄漏的主要原因。试验结果表明:弹性体采用氢化丁晴(HNBR-80)、挡圈采用聚酯弹性体(TPEE)、导向环采用尼龙(PA66)材料的活塞组合密封圈满足某装备液压缸的使用要求。

针对徐工某中型正流量挖掘机回转系统存在的较大溢流损失,设计了一种减小能量损失的节能控制方法。首先建立挖掘机回转系统关键部件模型;其次基于趋近律设计滑模控制器,根据模糊规则确定趋近律参数;最后根据马达溢流阀压力改变泵排量,以实现泵输出流量对压力的快速响应,从而实现节能降耗的目的。经仿真分析,较挖掘机传统的开环控制与PID控制,采用模糊滑模控制下的泵输出流量明显减少,且马达转速较前两种算法变化不大,不会降低回转作业效率,可知设计的算法有效。

针对高空作业车行走在恶劣工况出现打滑现象,且在高速行走转弯时出现发动机掉速问题进行研究,从行走液压系统角度进行分析。分别设计了大小阻尼切换防滑液压系统,双闭式行走泵防滑液压系统和主动浮动防滑液压系统。正确合理设计行走防滑液压系统,对高空作业车行走安全稳定性具有重要意义。

航空管接头是一种基础的管路连接件,广泛应用于飞机的液压、燃油和环控等系统中,并提供一定的耐压和密封能力,在飞机使用过程中常出现“跑、冒、滴、漏”等质量问题,对飞机的可靠性和安全性产生着重要影响。航空管接头可分为永久式管接头和可分离式管接头,其中永久式管接头是一类永久连接、不可拆卸式的管接头,重量和体积较小,且有较高的耐压能力和可靠性,在民用飞机中广泛应用。通过介绍一种国外先进的永久式径向挤压管接头,进行结构设计和样件试制工作,运用ABAQUS有限元分析软件对其压接工艺过程和密封原理进行仿真分析,并按照AS4459B的标准要求,开展了静态和动态性能试验验证。

为解决多路阀LS反馈回路压力损失的问题,设计一套先导式比例压力阀(简称压力阀),在输入压力变化的情况下,通过控制比例电磁铁来决定其压力输出,使得输出压力和多路阀最大工作压力相等。介绍了压力阀原理和结构,利用AMESim软件搭建了压力阀的仿真模型,设置模型的各项参数,模拟了压力阀的静态和动态特性,并对影响压力阀特性的关键因素进行探讨,为压力阀的设计和控制提供了理论依据。试验结果表明,所设计的压力阀输出压力与多路阀最大工作压力误差不超过0.23 MPa。

针对我国工程机械用液压缸可靠性水平较低,行业对液压缸可靠性试验方法及装置的研究与应用才刚刚起步,缺少专业人才及行业标准等问题。系统介绍了多种工程机械用液压缸可靠性试验方法及试验装置的技术发展和研究成果,同时根据每种试验方法与装置实际应用结果,分析了每种试验方法与装置的特点及适用的研发场景。希望对相关行业技术人员在产品研发、产品改进过程提供可靠性试验方法参考,推动行业技术进步。

分析了低速大扭矩液压马达的国内外产业现状,明确了该产品在最大工作压力、最大输出扭矩、转速范围、使用寿命等重要性能指标存在的国内外技术差距;梳理了现行有效的低速大扭矩液压马达的国家和行业标准,提出了产品的基础性指标、核心指标和先进性指标,并对比分析了在机械行业标准和船舶行业标准中产品核心指标的检测方法的技术差异。指出现有行业标准在适用范围、试验方法和技术指标方面存在的问题,提出标准化工作建议,为后续行业标准的制修订工作提供参考和借鉴。

为加深理解液压系统弹性,从实例着手分析预期与设计的出入及其原因,以及解决方法。推而广之,设计时哪些工况可以不用考虑液压系统弹性,哪些工况整体弹性必须引起足够重视,需进行理论计算。首先对液压系统弹性分解,后对每个组成进行计算,最后进行汇总。

掘进机常用于隧道施工,不断向大型化方向发展,功率需求越来越大,对驱动系统的核心部件泵提出了高压力、大排量的需求。泵的寿命及可靠性直接影响到掘进机的技术水平。基于此,提出了一种针对某国产轴向柱塞泵的寿命预测方法,建立加速寿命模型,通过加速试验提取关键特征参数,获取泵的加速寿命,并计算出泵在额定工况下的寿命。通过泵在掘进机中的实际搭载应用,验证寿命预测的准确性,并依据泵的预测寿命完成置信区间的可靠性评估。

过滤器对保障液压系统的正常运行起到重要作用,为了提升液压系统的性能,对过滤器也提出更高的要求。为了厘清过滤器内部滤网前后污染颗粒的分布情况,建立某型过滤器计算流体动力学模型,通过过滤器上下游压差与流量关系实验测试结果,拟合得到多孔介质的黏性阻力系数和惯性阻力系数,完成多孔介质边界条件参数设置后,分别从速度入口和压力入口两方面,模拟滤网上游和下游污染颗粒分布情况。结果发现尺寸大于滤网孔径的颗粒主要分布在上端盖4个进口的正下端和下半部分滤网的周围。穿过滤网的小粒径污染颗粒在骨架内部的分布沿骨架内壁面,呈上半部分分布密度大,下半部分分布密度小的状态。研究结果为过滤器设计提供一定参考。

某型号高压电磁阀外密封采用氟醚橡胶O形圈与挡圈组合的密封结构,在高温和常温情况下密封正常,低温时受零件收缩等情况的影响,容易出现泄漏,在低温-50 ℃时泄漏严重。对该问题进行研究,分析造成低温泄漏的根本原因,并进行了相应的优化及试验验证,有效解决了该问题,提高了产品可靠性。

主要研究斜盘式轴向柱塞泵的快速响应特性,通过建立斜盘组件的数学模型,控制转动惯量、变量活塞腔压力、变量活塞腔截面积等参数进行计算分析,并进行试验验证,试验结果与数学模型分析一致。试验结果表明斜盘组件转动惯量越小、变量活塞腔压力越高、变量活塞腔截面积越大,轴向柱塞泵的快速响应特性就越好;但随变量活塞腔截面积增加,变量过程供油流量增大,将影响斜盘式轴向柱塞泵的快速响应特性。

液压缸被广泛运用于工程、农用、环卫、矿山机械等,用途不同,液压缸的外部连接结构也就有很大的区别。随着液压缸用途及所要实现功能的的多样化、复杂化,液压缸的外部连接结构也趋于多样化和复杂化,这些的连接结构通常都是通过焊接方式来实现。如何保证液压缸外部结构焊接后位置尺寸及形状尺寸,就需要在生产实际中重点考虑。主要介绍几种典型用途的液压缸,就如何保证液压缸缸筒外部零件焊接尺寸进行实例说明。为实际工作中在遇到类似问题提供些思路和参考。

针对液压泵新产品NVH测试中出现的异常高频压力脉动成分,通过液压泵压力脉动理论和被测泵试验台仿真模型分析问题成因。利用AMESim的批处理分析工具,分析测压口细长管道参数的影响,对试验测试方案进行优化,发现高频脉动成分比泵口基础频谱成分高3至4阶次。新方案排除了测压管道干扰,测试结果更符合理论模型,分析的测压管道参数影响也可对改善后续产品NVH特性提供帮助。

双圆弧斜齿齿轮泵在高速工况下,其内部流场温度升高现象明显,对齿轮泵的性能产生不利影响。为了探究温度对齿轮泵性能的影响,建立了双圆弧斜齿齿轮泵容积效率与温度的数学模型。利用动网格技术,通过PumpLinx设定不同入口温度,模拟不同工况下齿轮泵内部流场的变化情况。结果表明:入口油液的温度不同,其内部流场温度变化明显,入口温度越高,其温升现象越明显;温升严重区域为存在压差区域,且压差越大温升越明显;温度升高,内部流场空化现象明显减弱;相对于常温油液情况下,入口油液温度为60 ℃时,齿轮泵流量脉动和流量脉动率明显增大,泵的出口脉动率增加了4.74%,泵出口平均流量降低了1.52 L/min,泵的容积效率降低了3.04%,温度的升高对齿轮泵性能产生了不利影响,验证了温度与容积效率数学模型的正确性。

某型号先导式电磁阀中副阀机加完成后,按照加工工艺进行表面镀镍处理,完成表处后,发现整批副阀塑料密封面凸出金属基体面,若将该状态副阀装入电磁阀中,在多次动作后塑料密封块存在松动、脱出的风险,导致副阀行程变小,主阀密封失效,从而使电磁阀发生漏气。该文主要针对该问题进行原因分析,并对副阀进行了相应的结构和工艺优化,有效解决了此问题,提高了产品可靠性和加工质量。

为研究旋转配流式恒压双排轴向柱塞泵的特性,建立了旋转配流盘式恒压双排轴向柱塞泵模型,搭建了AMESim旋转配流式恒压双排轴向柱塞泵的整体仿真模型,仿真分析了出口压力对出口流量的影响、出口压力对配流盘旋转角度的影响以及在可变节流孔信号突变情况下变量机构复位弹簧刚度和压力控制阀阀芯刚度对旋转配流式恒压双排轴向柱塞泵的动态特性影响。结果表明:出口流量随着出口压力的增加而减小,配流盘旋转角度随着出口压力的增加而增加;复位弹簧的刚度越大,恒压泵的动态响应速度越快,超调量越小;阀芯直径的增加会降低恒压泵的动态响应速度,达到稳态的时间变长,达到稳态过程的配流盘旋转的幅度明显增加,流量震荡和压力震荡变大。

ABS制动系统是保障汽车安全性能的重要部分,针对制动系统在制动过程中的非线性和时变性等问题,进行了汽车ABS控制策略对比研究。对直线制动过程进行研究分析,基于AMESim建立了单轮的防抱死液压系统,利用Simulink建立单车轮动力学模型,并采用以滑移率误差及变化率为输入的模糊PID控制策略和以制动力矩变化率为输入的自寻优控制策略。两种控制策略分别在单一干路面、湿路面和制动后1.5 s湿路面突变成干路面多路况,以车速为90 km/h进行ABS制动仿真,将制动结果进行对比。结果表明,模糊PID与自寻优两种控制方法能在制动过程中防止车轮抱死,自寻优控制方法不仅制动时间更短,而且能更好应对路况突变,验证了自寻优控制具有更强的鲁棒性和更佳的制动效果。

先导式高压溢流阀作为轴向柱塞变量泵或轴向柱塞变量马达的安全阀,其工作性能将直接关系到轴向柱塞变量泵、轴向柱塞变量马达及系统的安全性与可靠性。针对某型高压溢流阀,对其进行工作原理介绍以及数学计算,并通过AMESim建立仿真模型,探究节流孔直径、先导弹簧预紧力和主阀弹簧预紧力对高压溢流阀的开启压力、压力超调量、压力超调稳定时间及卸荷时间的影响,对高压溢流阀的设计具有指导意义。

针对先导式高压气动电磁阀这类阀芯运动位移小,且结构封闭在阀体内的高速运动构件的运动特性难以直接精确测量的问题,提出了一种基于高速相机小位移放大机构的开启特性测量方法。建立分辨分析模型,搭建测试系统,并针对通径为20 mm的二位二通高压电磁阀进行多种压力下的开启特性测试,获得了先导式高压电磁阀的开启特性随工作压力的变化规律,验证了该方法的可行性和准确性,为高压小位移阀芯运动特性的测量提供一种可靠的方法。

考虑液压缸杆密封研究方面,目前主要是分析单密封初始阶段的密封性能,企业在生产制造中主要采用串联密封结构,以增强密封性能,考虑密封圈材料退化、工况和密间隙等因素,利用有限元软件分析比较串联密封结构与单密封的接触应力和密封圈承受应力随时间变化的情况,将密封圈应力变化与可靠性模型相结合,分析计算串联密封结构的时变可靠性,仿真和计算结果表明,串联密封可靠性优于单密封,在密封间隙压力在不大于工作油压时,封间压力变化对串联密封可靠性影响不显著。

为改善汽车起重机伸缩系统用某型号平衡阀的内泄问题,对某型号平衡阀进行结构分析,得出与平衡阀密封性能直接相关的零件和工艺参数。通过测量系统分析(MSA)验证测量系统的可靠性;通过过程能力分析得出加工能力不足的工艺参数,由此确定平衡阀内泄的原因;结合平衡阀生产工序,运用因果矩阵(CE矩阵)和潜在失效模式及后果分析(FMEA)筛选出32个可能因子,即可能影响参数的工序,其中19个因子可即时改善,改善后平衡阀制造质量明显提高;运用假设检验对剩余13个因子与工艺参数的相关性进行验证,进一步筛选出8个相关因子;最终对8个因子进行试验求得最优的进给量,最佳转速和加工规律,加入至生产加工过程中,内泄故障反馈率由4.72%降至2.35%,有效改善了平衡阀内泄问题。

针对伺服液压系统中的执行元件伺服液压缸活塞中的X形密封圈,采用有限元分析软件ANSYS建立其二维轴对称有限元模型,研究X形密封圈在沟槽圆弧半径、流体压力、初始压缩率不同参数的条件下,对Von Mises应力、主接触面最大接触压力大小的影响。结果表明:内行程时沟槽圆弧半径为2.6 mm时密封性能最佳,外行程时沟槽圆弧半径为2.2 mm时密封性能最佳;X形密封圈在流体压力为10~20 MPa的范围内密封性能逐渐变差;初始压缩率为5%~15%时密封性能逐渐变好。

液压缸密封圈磨损原因较多,难以通过肉眼直观观察,很难找到直接原因,提出基于有限元的液压缸密封圈磨损量分析方法。基于液压缸密封圈几何模型、材料模型和物理模型,分析了橡胶密封圈在应力和应变上的非线性,通过定义应变密度函数,构建了液压缸密封圈的有限元模型。根据液压缸活塞的密封结构,分析了液压缸活塞的运动特点,利用Archard模型描述密封圈的外观特征变化,通过计算密封圈接触面上任意一点的磨损深度,分析液压缸密封圈的磨损量。试验结果表明,所研究方法可以对液压缸密封圈的裂纹深度与裂纹扩展角度进行有效分析,两项指标的试验分析与实测结果基本一致,裂纹深度的试验分析误差最大值仅为0.002 mm。方法有助于提高液压缸设计的密封可靠性。

为了解决电动叉车货叉持重时液压缸回缩速度过快而产生较大冲击,容易损伤缸体和管路以及货叉持重量不同时液压缸伸出速度不可控的问题,优化了电动叉车液压提升系统,并进行仿真验证。根据设计手册设计液压提升系统,初选系统工作压力为16 MPa,在液压泵的出油路上连接蓄能器来吸收流量脉动,在液压缸无杆腔进油路配置调速阀,实现了对不同持重量的压力补偿,使抬升速度可控,在无杆腔回油路上配置顺序阀,为液压缸活塞杆在承载回缩时提供给背压,避免活塞杆自由下落损伤液压缸;对液压元件进行了设计选型,选用CBG2100-BF100液压泵、HSGL-100/70E-231-3000×3280液压缸、3WE10E31B/CG24N9Z4电磁换向阀、RVP30-10B单向阀、DBDS30P10B顺序阀和THF-G10调速阀;应用功率键和图的原理对液压系统进行研究,使用数字仿真法研究液压系统的动态特性,通过仿真软件AMESim搭建液压系统数学模型,并对设置关键元件参数进行仿真。仿真结果表明,优化后液压系统的液压缸活塞杆完全缩回用时8 s,无振荡,运行稳定,液压缸活塞杆缩回时油口流量为87 L/min,液压泵产生的流量脉动被蓄能器吸收,系统运行稳定,符合设计要求,液压提升系统理论上可行、可靠。

臂架式混凝土泵车,通过布料杆将混凝土连续不断地输送到浇注地,成倍提高效率。臂架液压缸作为臂架机构的执行元件,承受臂架带来的载荷及液压冲击,泵车臂架布料工作的特殊性对液压缸的安全性及可靠性提出了非常高的要求。结合产品实际故障模式,介绍泵车臂架液压缸常见故障和解决措施,改进措施已应用在产品中,取得了良好的效果。

气动液压打桩锤在氮气压力与锤芯自身重力的复合作用下,锤芯下落加速度超过重力加速度,可实现更大的打击能量。替打构件是打桩锤的重要组成部分,位于锤芯与桩体之间,将冲击能量有效地传递至桩体。基于有限元方法,分析了所设计制作的几种替打构件的强度和刚度,结果表明冲击能量3500 kJ的气动液压打桩锤,无凸台的锥形替打的最大应力292 MPa,最大应变为1.84 mm。基于线性疲劳累积损伤理论,分析结果表明某无凸台的锥形替打疲劳寿命可达477万次。所提出的分析方法和结果可作为气动液压锤设计与分析的理论依据。

电液执行机构因具备响应快、精度高、驱动力大等优点广泛应用于工业装置,用于实现传递动力和运动的功能。而电液执行机构功能的实现依赖于可靠的控制系统,针对化工装置中特殊阀门的启闭,设计了一套基于PLC技术的闭环位置控制系统,通过数字PID控制算法,实现了炼油化工装置阀门动态控制物料流量、压力平衡。

针对传统液压动力推进系统,设计了一种以外界海水为工作介质,蓄能器提供动力源、新型二级同步海水液压缸为核心部件的二级液压推进装置。论述了新型二级同步海水液压缸的结构以及海水液压动力推进装置的工作原理,通过AMESim建立了推进系统的仿真模型,通过搭建的试验台进行试验验证。结果表明:在供能过程中,蓄能器充能过程与蓄能器初始压力呈负相关;在推进过程中,物体离开推进管道的速度与蓄能器初始压力的根呈正的线性相关。

封隔器是石油开采设备中重要的组成部分,其性能优异会直接影响到开采的进行。而传统封隔器采用机械式方式进行坐封,并依靠橡胶胶筒的自身回弹力进行解封。但在极端情况下,容易出现由于坐封力过大而造成封隔器胶筒发生压缩破坏,解封时胶筒损坏而无法回弹的情况。为此,设计了一种微型液压系统,可实现液压封隔器压紧力与解封力的协调控制及精确调节,保证封隔器实际工作中的安全可靠。搭建AMESim系统仿真模型,模拟运动过程中的坐封与解封过程,研究吸油处流道阻力、出口负载情况、柱塞泵的转速情况以及滑动缸内闭死容积等因素对液压系统动态特性的影响。最后对液压系统的参数进行优化。结果表明,采用微型液压系统入口增压、提升转速、减小吸油处流道阻力等措施可以提高整体系统的响应速率。

采用LabVIEW与MATLAB函数结合的方法,开发了冶金高频响高精度伺服液压缸性能测试系统。根据生产冶金高频响高精度伺服液压缸对其动静态性能指标要求,该测试系统功能模块包含最低起动压力测试模块、带载动摩擦力测试模块、阶跃响应测试模块、频率响应测试模块、偏摆测试模块,各项测试结果通过研华数据采集卡PCI-1742U、PCI-1723与SSI-RS485电流变送器转换采集MST位移传感器信号与AB相脉冲传感器信号;该测试系统能够对测试的数据进行实时跟踪显示、存储或查询;此外,该系统还具有数据导出、打印实验报告等辅助功能。实验证明,该测试系统具有较高的实时性与可操作性,填补了其他系统所空缺的针对于大直径冶金高频响高精度伺服液压缸的偏摆测试模块,同时该测试系统具有更高的稳定性,解决了技术人员对原有测试系统操作复杂的难题,实现“傻瓜式”操作,更加智能化、可视化、及时化。

通过对起重机卷扬平衡阀在开启关闭过程中由阀芯运动造成的抖动问题进行研究,基于AMESim仿真软件建立起重机卷扬平衡阀的仿真模型,通过仿真分析对平衡阀阀芯运动时的动态特性进行深入研究。结果表明,起重机平衡阀的内部阻尼孔参数设计对阀芯复位动作有很大影响,通过对阻尼孔参数进行优化,可有效解决起重机卷扬下降抖动问题。

针对液压柱塞泵加速寿命试验中出现回油压力突然增大的现象,完成了对故障现象的初步判定、分解检查、微分计量和理化分析,通过对历年轴承滚子的凸度值复测,发现滚子凸度设计值不合理是导致产品失效的主要原因,通过统计分析和试验验证,确定了轴承滚子合理凸度值。

针对无扩口导管接头体内径滚压成型工艺,将三维滚压过程简化到二维平面进行分析,建立成型扭矩等效换算方程。基于ABAQUS建立无扩口导管接头二维有限元模型,对滚压成型过程进行仿真分析,得到滚压过程中扭矩阶段性变化趋势及导管受力变形区域性特征。对接头体开展连接强度试验,仿真与试验得到的连接强度差值率为5.8%,验证了仿真模型的精准性。为探究成型扭矩对接头体性能的影响规律,选取多组成型扭矩进行仿真分析,综合导管残余应力、变形分布、填充状态及连接强度等因素对接头体的成型性能进行评价。结果表明,成型扭矩取值区间为0.68～1.13 N·m,扭矩为1.04 N·m时管套最右端凹槽填充率为100%,此时接头体成型性能最优。

针对传统蓄能器在蓄能和释能过程中压力变化大容易引起系统压力不稳定的问题,提出了一种基于弹簧储能的恒压蓄能器。首先分析装置的工作原理,然后推导并求解关键零件凸轮的轮廓曲线方程。对某液压系统蓄能器的关键参数进行设计,在ADAMS软件中搭建其仿真模型,对流量变化时蓄能器的恒压效果进行了模拟验证,稳定工作时恒力偏差在1％以内。为液压式储能设计提供参考依据。

采用我国某抽水蓄能电站的水泵水轮机作为模型进行研究,针对其“S”特性,通过改变活动导叶翼型,并用不同的布置方式,将其装配在原导水机构中,基于SST k-ω湍流模型,通过数值模拟计算分析活动导叶翼型改变对水泵水轮机“S”特性的影响以及导叶力特性的影响。结果表明:改变导叶翼型能够有效地破坏活动导叶和转轮之间的高速水环,流体流入转轮的阻碍变小,转轮区的流态变好;同时,活动导叶翼型的改变对导叶径向力也有所改善,加入改型后的活动导叶,径向力的峰谷差值有所变小,对机组运行稳定性影响较好。