液壓彈射機(jī)構(gòu)設(shè)計及其關(guān)鍵控制元件的研究.pdf

1、彈射機(jī)構(gòu)利用系統(tǒng)預(yù)先儲存能量的快速釋放實(shí)現(xiàn)對彈射對象的瞬間加速，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代軍事及普通工業(yè)，如航母飛機(jī)的彈射起飛、導(dǎo)彈的彈射發(fā)射、彈射救生座椅、汽車碰撞試驗(yàn)等。根據(jù)動力元件的不同，彈射機(jī)構(gòu)主要分為機(jī)械式、燃?xì)馐?、壓縮空氣式、蒸汽式、電磁式以及液壓式，其中，液壓彈射機(jī)構(gòu)具有功率重量比大、響應(yīng)速度快、控制精度高、易于實(shí)現(xiàn)緩沖、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在高性能的應(yīng)用場合逐漸受到重視。液壓彈射機(jī)構(gòu)以液壓缸活塞的高速運(yùn)動為主要特征，關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)包括大功率

2、瞬時能源的供應(yīng)、高速液壓執(zhí)行元件的密封與緩沖、高速大流量的彈射控制閥及其導(dǎo)控級高頻伺服閥的研制開發(fā)，可見，液壓彈射機(jī)構(gòu)屬于高速大功率液壓系統(tǒng)，隨著液壓設(shè)備正朝著高速、大功率、低噪聲方向發(fā)展，對上述關(guān)鍵技術(shù)的研究成果，具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文首先對液壓彈射機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了總結(jié)和分析，論述了高速液壓缸和高頻響、大流量伺服閥的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，對液壓彈射機(jī)構(gòu)及其關(guān)鍵控制元件—高頻、大流量2D伺服閥開展研究，主

3、要研究內(nèi)容及成果如下:
　　1.針對特定的應(yīng)用場合，主要提出以下幾種液壓彈射機(jī)構(gòu)原理方案，一是低速液壓彈射機(jī)構(gòu)，其液壓缸活塞最大速度達(dá)到8m/s，活塞加速時間約70ms，并對其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計;二是高速液壓彈射機(jī)構(gòu)，設(shè)計指標(biāo)為活塞初始20mm行程時速度達(dá)到2m/s以上，最大速度達(dá)到15m/s;三是雙液壓缸同步彈射機(jī)構(gòu)，兩個液壓缸同步彈出，最大速度6m/s;還有超高速液壓彈射機(jī)構(gòu)，對應(yīng)活塞速度達(dá)到20m/s以上。以高速液壓彈射機(jī)構(gòu)為例，

4、討論了彈射機(jī)構(gòu)的參數(shù)計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　2.為解決高速大流量開關(guān)閥的流量和響應(yīng)速度之間的矛盾，提出了雙節(jié)流口并聯(lián)輸出的結(jié)構(gòu)方案，對開關(guān)閥的零位泄漏特性、閥口流動特性以及壓力特性進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，其在2MPa進(jìn)出口壓差下的流量達(dá)到3000L/min，建立了開關(guān)閥閥芯運(yùn)動過程的數(shù)學(xué)模型，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動態(tài)特性的影響，并搭建樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在10MPa工作壓力下，開關(guān)閥的開啟時間低于15ms，探討了篩閥的結(jié)構(gòu)方案。

5、>　　3.為提高頻響和流量，將圓孔型導(dǎo)控結(jié)構(gòu)的2D伺服閥改成滿弓型結(jié)構(gòu)，通過對2D伺服閥的靜態(tài)特性分析，其導(dǎo)控級零位泄漏在21MPa時約為0.5L/min，建立了2D伺服閥伺服螺旋機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，通過線性和非線性仿真分析了工作壓力、初始弓高、面積梯度等對頻率特性和階躍響應(yīng)特性的影響，理論分析表明圓孔型導(dǎo)控結(jié)構(gòu)在-3dB幅值衰減下的頻響約250Hz，而滿弓型則達(dá)到800Hz，實(shí)測滿弓型階躍響應(yīng)時間約1.6ms，圓孔型約3ms，證明了滿弓型

6、結(jié)構(gòu)較圓孔型的動態(tài)特性有顯著提高，為研制高頻、大流量2D伺服閥奠定基礎(chǔ)。
　　4.為解決液壓缸活塞的高速緩沖，提出活塞式液壓缸緩沖結(jié)構(gòu)，理論分析表明活塞初始間隙對緩沖腔峰值壓力影響最為顯著，建立了活塞式緩沖結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型，通過仿真和實(shí)驗(yàn)研究了活塞式緩沖過程的動態(tài)特性，其能夠在60mm緩沖行程內(nèi)將活塞速度由7m/s降至0.6m/s以下，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對緩沖性能的影響，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了兩級緩沖和組合緩沖，并探討了超高速液壓缸

7、的結(jié)構(gòu)方案。
　　5.建立了由蓄能器—開關(guān)閥—液壓缸組合的高速液壓彈射機(jī)構(gòu)的工作過程的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB軟件仿真分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)對彈射機(jī)構(gòu)動態(tài)特性的影響，并搭建了樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，表明彈射機(jī)構(gòu)在8MPa工作壓力下，100ms時間內(nèi)，將150kg負(fù)載加速至8m/s且活塞初始20mm位移時的速度達(dá)到2.0m/s以上。
　　6.對雙缸閉環(huán)液壓彈射機(jī)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，利用閉環(huán)液壓彈射機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型研究了雙缸同步開