极端环境下的电液伺服控制理论与性能重构

第1章概论1 1.1液压流体力学与液压元件1 1.1.1液压流体力学1 1.1.2液压元件4 1.2极端环境下电液伺服元件的性能演化与系统的性能调控12 1.2.1极端环境下电液伺服元件的性能演化12 1.2.2极端环境下电液伺服系统的性能调控26 参考文献28 第2章三通射流管阀31 2.1概述31 2.2数学模型33 2.2.1圆形射流基础33 2.2.2空载接收流量计算方法34 2.2.3断载恢复压力计算方法42 2.2.4静态特性51 2.3推荐结构及其特性74 2.3.1*优结构75 2.3.2Ⅲ型三通射流管阀及其特性78 2.4实践试验81 2.4.1试验装置及方法81 2.4.2试验结果与分析82 参考文献84 第3章四通射流管阀86 3.1概述86 3.2数学模型87 3.2.1单孔空载接收流量、能量计算方法88 3.2.2单孔断载恢复压力计算方法88 3.2.3全工作行程的数学模型90 3.3典型结构及其特性97 3.3.1对称均等型98 3.3.2对称不均等型99 3.3.3均等不对称型100 3.4对称均等型四通射流管阀冲蚀磨损后的结构及其特性102 3.5实践试验104 3.5.1对称均等型四通射流管阀压力特性104 3.5.2对称不均等型四通射流管阀压力特性106 参考文献110 第4章射流管电液伺服阀及其尺寸链分析方法112 4.1工作原理与数学模型112 4.1.1四通射流管阀的三系数113 4.1.2永磁动铁式力矩马达123 4.1.3衔铁组件126 4.1.4四通射流管阀控制功率级滑阀127 4.1.5主阀芯127 4.2理论特性128 4.2.1静态特性128 4.2.2动态特性131 4.2.3实践试验133 4.3精密零部件公差及装配尺寸链对电液伺服阀零偏的影响136 4.3.1具有不对称尺寸时的装配尺寸链138 4.3.2考虑尺寸不对称性时的射流管伺服阀模型144 4.3.3考虑装配尺寸公差及其分布概率时的零偏150 4.3.4导致零偏的制造装配因素分析及零偏抑制措施154 4.3.5实践试验156 4.4力矩马达气隙误差对电液伺服阀零偏的影响159 4.4.1力矩马达及气隙对力矩马达零位的影响159 4.4.2理论特性162 4.4.3实践试验165 4.5射流前置级不对称性对电液伺服阀零偏的影响166 4.5.1基本方程167 4.5.2理论分析172 4.5.3实践试验176 参考文献178 第5章极端温度下电液伺服阀尺寸链重构与零偏漂移180 5.1概述180 5.2高温环境下的尺寸链重构181 5.2.1特性不规则且不重复现象181 5.2.2规则金属体的变形机理183 5.2.3精密偶件的尺寸链重构189 5.2.4射流管伺服阀的性能重构与改进措施195 5.3极端低温下温漂的线性回归分析方法197 5.3.1温漂试验现象198 5.3.2温漂的线性回归分析方法199 5.3.3试验结果与分析202 5.4射流管伺服阀零偏漂移机理203 5.4.1温度对材料性能及零件尺寸的影响204 5.4.2加工装配误差导致的结构尺寸不对称性208 5.4.3精密偶件间的相对热位移215 5.4.4数学模型及温漂机理225 5.4.5温漂的理论结果238 5.5实践试验241 5.5.1射流管伺服阀常温特性试验241 5.5.2射流管伺服阀小信号空载流量特性试验243 5.5.3射流管伺服阀温漂试验244 参考文献249 第6章随机振动环境下电液伺服阀的零偏漂移251 6.1分析方法251 6.2数学模型253 6.3导致零偏漂移的因素257 6.3.1滑阀阀芯质量259 6.3.2衔铁组件质量中心与旋转中心距离260 6.3.3衔铁组件质量261 6.4实践试验261 6.4.1试验装置及方法262 6.4.2试验结果与分析263 参考文献265 第7章三维离心环境下电液伺服阀的零偏漂移267 7.1概述267 7.2电液伺服阀的特征位移与离心环境下的空间姿态268 7.2.1电液伺服阀的三个特征位移268 7.2.2空间姿态268 7.2.3两种典型的离心环境269 7.2.4离心环境下的加速度合成定理269 7.3数学模型270 7.3.1匀速圆周运动离心环境情况270 7.3.2匀加速圆周运动离心环境情况275 7.4实践试验279 7.4.1试验装置279 7.4.2试验方法及结果279 7.4.3零偏漂移及其抑制措施281 参考文献285 第8章电液伺服阀的冲蚀磨损与黏着磨损286 8.1概述286 8.2射流前置级冲蚀磨损机理与计算方法287 8.2.1冲蚀磨损机理288 8.2.2冲蚀磨损理论290 8.2.3冲蚀磨损量数值计算方法293 8.2.4实践试验297 8.3液压滑阀功率级冲蚀磨损机理与计算方法300 8.3.1冲蚀磨损理论301 8.3.2冲蚀磨损量数值计算方法310 8.3.3冲蚀磨损量的影响因素及讨论313 8.3.4实践试验321 8.4冲蚀磨损引起的液压滑阀功率级性能重构326 8.4.1滑阀阀口冲蚀圆角计算模型327 8.4.2四边滑阀的形貌和性能演化过程332 8.4.3实践试验335 8.5电液伺服阀反馈杆小球黏着磨损量计算方法及影响因素337 8.5.1黏着磨损量计算方法337 8.5.2黏着磨损量影响因素342 8.5.3实践试验344 参考文献345 第9章紧凑型旋转直驱式压力伺服阀347 9.1概述347 9.2工作原理与数学模型348 9.2.1工作原理348 9.2.2非线性数学模型350 9.3稳定性判据与参数匹配设计方法354 9.3.1稳定性判据354 9.3.2电机转角内闭环对稳定性的影响356 9.4偏心驱动机构优化设计358 9.4.1小球球心偏心距对响应速度的影响358 9.4.2偏心小球与圆柱孔配合间隙对负载压力突跳的影响358 9.4.3偏心小球耐磨损及其改进措施359 9.5实践试验359 9.5.1样机及试验系统359 9.5.2样机实测性能361 参考文献363 第10章极端小尺寸双级溢流阀365 10.1概述365 10.2双级溢流阀及其失稳现象365 10.3稳定性判据与参数匹配设计方法367 10.3.1数学模型367 10.3.2先导阀的稳定性判据371 10.3.3主阀的稳定性判据373 10.3.4基于稳定工作的双级溢流阀结构参数匹配设计方法375 10.3.5稳定性问题376 10.4先导阀前腔串加阻尼孔的极端小尺寸集成式双级溢流阀377 10.4.1先导阀前腔串加阻尼孔的双级溢流阀377 10.4.2新型集成式双级溢流阀的稳定性378 10.4.3普通集成式双级溢流阀与新型集成式双级溢流阀的稳定性对比380 10.5实践试验381 参考文献382 第11章振动环境下的极端小尺寸减压阀383 11.1概述383 11.2结构与工作原理384 11.3数学模型385 11.3.1整机无振动时的数学模型385 11.3.2整机振动时的数学模型389 11.4理论特性390 11.4.1整机无振动时弹簧刚度对特性的影响390 11.4.2整机无振动时压力感受腔容积对特性的影响392 11.4.3整机振动时振动频率和幅值对特性的影响393 11.5实践试验394 参考文献395 第12章液压伺服作动器397 12.1概述397 12.1.1推力矢量控制技术397 12.1.2功能结构399 12.1.3国外先进作动器材料及表面处理技术406 12.1.4极端温度下燃油动密封材料、密封形式和防尘方法407 12.2并联双杆液压伺服作动器偏载力和径向力412 12.2.1数学模型413 12.2.2偏载力和径向力415 12.2.3实践试验422 12.3集成式伺服作动器能源配置与压力损失424 12.3.1能源配置424 12.3.2选择活门及其压力损失426 12.3.3压力损失对作动器活塞速度的影响430 12.4自动回中与锁紧协同435 12.4.1自动回中功能与锁紧功能435 12.4.2锁紧机构结构与力学模型437 12.4.3自动回中功能与锁紧结构设计442 12.5宽温域下三位四通电磁液动换向阀的几何尺寸链与卡滞特性443 12.5.1滑阀结构与工作原理444 12.5.2温度和残余应力对滑阀副尺寸链和配合间隙的影响445 12.5.3不均匀油液压力对滑阀副配合间隙的影响447 12.5.4滑阀卡滞及其解决措施449 参考文献451 附录工作介质453 1． 液压油453 2． 磷酸酯液压油456 3． 航空煤油： 喷气燃料(燃油)457 4． 航天煤油460 5． 自然水(淡水与海水)462 6． 压缩气体(空气、氮气、惰性气体)463 7． 燃气发生剂465