液壓彈射機構設計及其關鍵控制元件的研究.pdf

1、彈射機構利用系統(tǒng)預先儲存能量的快速釋放實現對彈射對象的瞬間加速，廣泛應用于現代軍事及普通工業(yè)，如航母飛機的彈射起飛、導彈的彈射發(fā)射、彈射救生座椅、汽車碰撞試驗等。根據動力元件的不同，彈射機構主要分為機械式、燃氣式、壓縮空氣式、蒸汽式、電磁式以及液壓式，其中，液壓彈射機構具有功率重量比大、響應速度快、控制精度高、易于實現緩沖、噪聲小等優(yōu)點，在高性能的應用場合逐漸受到重視。液壓彈射機構以液壓缸活塞的高速運動為主要特征，關鍵技術難點包括大功率

2、瞬時能源的供應、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控級高頻伺服閥的研制開發(fā)，可見，液壓彈射機構屬于高速大功率液壓系統(tǒng)，隨著液壓設備正朝著高速、大功率、低噪聲方向發(fā)展，對上述關鍵技術的研究成果，具有廣泛的應用前景。
　　本文首先對液壓彈射機構的發(fā)展現狀和相關應用領域進行了總結和分析，論述了高速液壓缸和高頻響、大流量伺服閥的研究現狀，在此基礎上，對液壓彈射機構及其關鍵控制元件—高頻、大流量2D伺服閥開展研究，主

3、要研究內容及成果如下:
　　1.針對特定的應用場合，主要提出以下幾種液壓彈射機構原理方案，一是低速液壓彈射機構，其液壓缸活塞最大速度達到8m/s，活塞加速時間約70ms，并對其進行改進設計;二是高速液壓彈射機構，設計指標為活塞初始20mm行程時速度達到2m/s以上，最大速度達到15m/s;三是雙液壓缸同步彈射機構，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構，對應活塞速度達到20m/s以上。以高速液壓彈射機構為例，

4、討論了彈射機構的參數計算及結構設計。
　　2.為解決高速大流量開關閥的流量和響應速度之間的矛盾，提出了雙節(jié)流口并聯(lián)輸出的結構方案，對開關閥的零位泄漏特性、閥口流動特性以及壓力特性進行理論分析和實驗研究，其在2MPa進出口壓差下的流量達到3000L/min，建立了開關閥閥芯運動過程的數學模型，分析了結構參數對其動態(tài)特性的影響，并搭建樣機進行了實驗驗證，在10MPa工作壓力下，開關閥的開啟時間低于15ms，探討了篩閥的結構方案。

5、>　　3.為提高頻響和流量，將圓孔型導控結構的2D伺服閥改成滿弓型結構，通過對2D伺服閥的靜態(tài)特性分析，其導控級零位泄漏在21MPa時約為0.5L/min，建立了2D伺服閥伺服螺旋機構的數學模型，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特性的影響，理論分析表明圓孔型導控結構在-3dB幅值衰減下的頻響約250Hz，而滿弓型則達到800Hz，實測滿弓型階躍響應時間約1.6ms，圓孔型約3ms，證明了滿弓型

6、結構較圓孔型的動態(tài)特性有顯著提高，為研制高頻、大流量2D伺服閥奠定基礎。
　　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構，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構的動力學模型，通過仿真和實驗研究了活塞式緩沖過程的動態(tài)特性，其能夠在60mm緩沖行程內將活塞速度由7m/s降至0.6m/s以下，分析了結構參數對緩沖性能的影響，在此基礎上，進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、的結構方案。
　　5.建立了由蓄能器—開關閥—液壓缸組合的高速液壓彈射機構的工作過程的數學模型，利用MATLAB軟件仿真分析了結構參數和工作參數對彈射機構動態(tài)特性的影響，并搭建了樣機進行實驗，表明彈射機構在8MPa工作壓力下，100ms時間內，將150kg負載加速至8m/s且活塞初始20mm位移時的速度達到2.0m/s以上。
　　6.對雙缸閉環(huán)液壓彈射機構及其關鍵技術進行了分析，利用閉環(huán)液壓彈射機構的數學模型研究了雙缸同步開