三芯随动式矿用高压大流量纯水比例阀特性及控制策略

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905368
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0502.传动与驱动
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Hydraulic roof support is the most critical support equipment in the coal mine. Its high pressure and large flow emulsion system, controlled by the on/off valve, has the problems such as the polluted groundwater, uncontrolled flow, inaccurate positioning of hydraulic cylinders and severe pressure shocks, which seriously threaten the environment and the safety of supporting. Realizing water transmission and proportional control of the hydraulic system is an urgent demand in this area. The water proportional valve is the key to achieving this goal. A high pressure and large flow two-position and three-way pure water electro-hydraulic proportional valve based on the three-core following mechanism is invented. However, the physical characteristics of the water, low viscosity, weak lubrication, easy to produce cavitation coupled with high pressure and large flow, make the valve difficult to response fast, stably and precisely. It faces two scientific problems, one is the friction characteristics of the contact seals lubricated by high pressure water, and the other one is the parameters coupling law under time-varying nonlinear disturbance. The intersection of mechanics, fluid, and control is applied to research the three contents of the proportional valve. The project researches the friction force characteristics of the high pressure water proportional valve and its control method, design and coupling of the structural parameter which matches the flow and the dynamic response, and the flow control strategy based on speed/position composite control. The project reveals the coupling law of the flow, pressure, water characteristics, structural parameters and the control parameters. The research results lay a theoretical foundation for the design and prototype development of the high pressure and large flow water proportional valve used in the coal mine.
液压支架是煤矿井下工作面最关键的移动式支护设备,现有的开关式高压大流量乳化液系统存在污染地下水、液压缸定位不准和压力冲击剧烈等突出问题,严重威胁环境和支护安全。实现液压系统纯水化和比例控制是行业迫切需求,水压比例控制阀是实现这一目标的关键,项目发明了一种三芯随动式矿用高压大流量纯水比例方向流量阀。然而,水介质黏性低、润滑性弱、易气化的物理特性及高压、大流量这三重因素的耦合作用,使比例阀在快速、平稳、精准控制方面面临两个科学难题:高压水润滑接触密封方式下的阀芯摩擦特性及控制方法、时变非线性干扰下的参数耦合规律。通过机械、流体、控制等学科交叉融合,研究纯水比例阀阀芯摩擦特性及控制方法、匹配流量和动态响应的结构参数设计与耦合规律、基于速度/位置复合控制的流量调控策略三个内容。揭示流量、压力、水介质特性、结构参数、控制参数之间的耦合规律,从而为矿用高压大流量纯水比例阀的设计和样机研制奠定理论基础。

结项摘要

煤矿综采工作面电液控制系统是以乳化液为传动介质的大流量开关控制系统,在实际使用中,卸载排放和泄漏的乳化液严重污染了地下水资源,大流量开关控制易造成压力冲击破坏及液压缸定位不准确。项目提出采用纯水比例控制技术来解决上述问题,对高压大流量纯水比例阀这一核心控制元件进行研究。发明了三芯随动式纯水比例控制阀,针对该新结构和原理及水介质润滑性弱、易气化等特性,利用理论、仿真与试验相结合的方法对纯水比例阀阀芯摩擦特性及控制方法、匹配流量和动态响应的结构参数与耦合规律、基于速度/位置复合控制的流量调控策略三个内容进行研究。. 首先针对阀芯常用O形、V形、U形圈进行摩擦力试验测试,建立并修正摩擦力理论模型,利用该模型对阀芯沟槽尺寸、粗糙度以及密封材料等参数进行了优化设计。其次,分别对先导阀和主阀阀口进行设计,在探明阀芯液动力、摩擦力等非线性特性的基础上,建立三芯随动式纯水比例阀数学及仿真模型,利用遗传算法对主阀阀口面积梯度、行程、控制腔面积、先导阀阀口面积、阀口压差、开口量及各弹簧、质量、阻尼进行了匹配优化。最后,制造了额定压力为31.5 MPa,流量为1000 L/min,响应频率为2.5 Hz的三芯随动式比例阀原理试验样机,利用试验研究三芯随动机构的位置跟随特性及整阀的流量控制策略,优化了启闭控制曲线。通过研究,项目揭示高压水润滑下的阀芯摩擦特性,获得相应的摩擦控制方法,降低了摩擦力对水压比例阀动静态特性的干扰;获得了阀口及关键结构参数的耦合规律,实现了阀芯的快速平稳运动;探明了先导阀控制速度与主阀动态响应之间的耦合关系及流量调控策略,降低了因阀门快速启闭及负载造成的冲击。项目为矿用高压大流量纯水比例阀的研制与工程应用提供了理论与技术储备,也拓展了水液压的应用场景,促进了水液压的发展与壮大。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
矿用电磁阀动静态特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    液压与气动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    柴玮锋;廖瑶瑶;廉自生;董建麟
  • 通讯作者:
    董建麟
基于正交试验设计的先导式比例减压阀动态特性优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    液压与气动
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任恒;袁红兵;廉自生;廖瑶瑶
  • 通讯作者:
    廖瑶瑶
Research on the performance of a novel electro-hydraulic proportional directional valve with position-feedback groove
新型带位置反馈槽电液比例换向阀性能研究
  • DOI:
    10.1177/09544089211024424
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhao Ruihao;Liao Yaoyao;Lian Zisheng;Li Runze;Guo Yongchang
  • 通讯作者:
    Guo Yongchang
Modeling and Dynamic Characteristics of a Novel High-Pressure and Large-Flow Water Hydraulic Proportional Valve
新型高压大流量水压比例阀的建模及动态特性
  • DOI:
    10.3390/machines10010037
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Machines
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Zhang Heng;Liao Yaoyao;Tao Ze;Lian Zisheng;Zhao Ruihao
  • 通讯作者:
    Zhao Ruihao
高压大流量水压比例阀负载特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    组合机床与自动化加工技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张恒;廖瑶瑶;廉自生;赵瑞豪
  • 通讯作者:
    赵瑞豪

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其他文献

基于多传感器数据融合的液压支架高度测量方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工矿自动化
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张坤;廉自生;谢嘉成;吕凯波;廖瑶瑶
  • 通讯作者:
    廖瑶瑶
T形滑环组合密封圈密封性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    润滑与密封
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵澜;廖瑶瑶;廉自生
  • 通讯作者:
    廉自生
液压支架换向阀的液动力计算方法及其应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    廖瑶瑶;任怀伟;张德生;廉自生
  • 通讯作者:
    廉自生

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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