Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2022 Vol.23 No.4 P.243-334

Cover:

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Contents:

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<<< CONTENTS >>>

Special Issue on Flow Control & Smart Valve

Guest Editor-in-Chief and Guest Editors: Jin-yuan QIAN, Wei WU, Min CHENG,Jun-hui ZHANG

Editorial

Editorial: Practice of flow control and smart valves

Jin-yuan QIAN, Wei WU, Min CHENG, Jun-hui ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A22FCSV1 Downloaded: 715 Clicked: 756 Cited: 0 Commented: 0(p.243-246) <Full Text>

Chinese summary <37> 流動控制與智能閥門的實踐

作者：錢錦遠^1,5,吳維²,程敏³,張軍輝^4,5
機構：¹浙江大(dà)學，能源工(gōng)程學院，化工(gōng)機械研究所，中(zhōng)國杭州，310027；²北(běi)京理工(gōng)大(dà)學，機械與車(chē)輛學院，中(zhōng)國北(běi)京，100081；³重慶大(dà)學，機械與運載工(gōng)程學院，中(zhōng)國重慶，400044；⁴浙江大(dà)學，機械工(gōng)程學院，機電控制技術與工(gōng)程研究所，中(zhōng)國杭州，310027；⁵浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027
概要：工(gōng)業互聯網的不斷發展對閥門的小(xiǎo)型化、數字化、多功能性和系統化産生(shēng)了更迫切的需求。值得注意的是，如果閥門工(gōng)作在高溫高壓環境中(zhōng)，或在納米流體(tǐ)、壓縮氫和過熱蒸汽等新型流體(tǐ)中(zhōng)，閥門流動的智能控制則顯得尤爲重要。開(kāi)發精确度高、響應速度快、參數反饋準确、遠程操作方便且具有故障在線即時診斷和故障安全保障等功能的智能泵閥迫在眉睫。爲此，本專輯收集了在該研究領域具有代表性的研究成果，介紹了流動控制和智能閥門實踐的最新發展，希望能幫助讀者快速了解智能泵閥及其流動控制技術在各個領域中(zhōng)的應用，推動該領域的發展，并爲智能泵閥的設計制造和流動控制的實現提供科學依據和技術支撐。

關鍵詞組：智能泵閥；流動控制；精确調節；故障診斷

Research Articles

Seal contact performance analysis of soft seals on high-pressure hydrogen charge valves

Zhen-hao LIN, Long-jie YU, Ting-feng HUA, Zhi-jiang JIN, Jin-yuan QIAN

DOI: 10.1631/jzus.A2100395 Downloaded: 2182 Clicked: 1740 Cited: 0 Commented: 0(p.247-256) <Full Text> <PPT> 295

Chinese summary <23> 高壓充氫閥軟密封接觸性能分(fēn)析

作者：林振浩¹，于龍傑¹，華霆鋒¹，金志(zhì)江^1,3，錢錦遠^1,2
機構：¹浙江大(dà)學，化工(gōng)機械研究所，中(zhōng)國杭州，310027；²浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；³浙江大(dà)學，溫州研究院，中(zhōng)國溫州，325036
目的：充氫閥閥座良好的軟密封性能是保障高壓儲氫瓶氫氣不洩漏的一(yī)個關鍵因素。本文旨在探讨密封預壓縮量、密封寬度和氫氣壓力對軟密封元件接觸壓力和接觸間隙的影響規律。
創新點：建立非線性有限元分(fēn)析模型，在不同預壓縮量、密封寬度和氫氣壓力下(xià)對密封接觸特性進行動态分(fēn)析。
方法：1.建立不同預壓縮量的數值模型，比較分(fēn)析在不同密封預壓縮量下(xià)接觸間隙和接觸壓力在密封面上的分(fēn)布（圖6）；2.建立不同密封寬度的數值模型，對比分(fēn)析在不同密封寬度下(xià)密封間隙和密封壓力的動态變化過程（圖9）；3.改變氫氣壓力值，比較在不同氫氣壓力下(xià)軟密封的應力強度和接觸特性（圖10和11）。
結論：1.密封面上的接觸壓力随着預壓縮量的增加而增大(dà)；當預緊壓縮量減小(xiǎo)到一(yī)定值時會出現接觸間隙大(dà)于零的區域。2.随着密封寬度的增加，密封面上的接觸壓力和密封面之間分(fēn)離(lí)區域的寬度也随之增加。3.随着氫氣壓力的降低，密封面之間的分(fēn)離(lí)區域的寬度相應減小(xiǎo)。

關鍵詞組：充氫閥，密封接觸性能，高壓儲氫罐，有限元分(fēn)析

Hydraulic directional valve fault diagnosis using a weighted adaptive fusion of multi-dimensional features of a multi-sensor

Jin-chuan SHI, Yan REN, He-sheng TANG, Jia-wei XIANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100394 Downloaded: 1380 Clicked: 1607 Cited: 0 Commented: 0(p.257-271) <Full Text> <PPT> 302

Chinese summary <24> 基于多傳感器多維特征加權自适應融合的液壓換向閥故障診斷

作者：施錦川，任燕，湯何勝，向家偉
機構：溫州大(dà)學，機電工(gōng)程學院，中(zhōng)國溫州，325035
目的：通過研究提出一(yī)種自适應融合多傳感器信息的故障診斷方法，以解決故障信息不足和冗餘問題。
創新點：1.異構傳感器信息融合方法增強了特征集的故障表達能力，從而可以表征多種故障類型（電磁故障和機械故障；2.個性化加權方法（熵權法和注意力機制的使用）增強了有效信号，削弱了幹擾源；3.提出了一(yī)種多樣化的特征提取方法，獲取的多維特征集具有健壯完整的健康信息。
方法：1.通過多類型傳感器信息融合，獲取豐富的故障信息；2.基于熵權法、注意力機制自适應選擇故障敏感故障特征。
結論：1.所提方法爲液壓換向閥内部故障診斷提供了技術支持，其最高平均準确率可以達到99.82%；2.采用該方法在液壓換向閥多傳感器信息融合過程中(zhōng)具有自适應性，既能充分(fēn)利用故障類别的敏感信息，又(yòu)有助于減少冗餘信息的幹擾。

關鍵詞組：液壓換向閥；内部故障診斷；加權多維特征；多傳感器信息融合

Dynamic performance and control accuracy of a novel proportional valve with a switching technology-controlled pilot stage

Qi ZHONG, En-guang XU, Ti-wei JIA, Hua-yong YANG, Bin ZHANG, Yan-biao LI

DOI: 10.1631/jzus.A2100463 Downloaded: 1060 Clicked: 1272 Cited: 0 Commented: 0(p.272-285) <Full Text> <PPT> 294

Chinese summary <24> 基于開(kāi)關先導技術的新型比例閥動态性能及控制精度實驗研究

作者：鍾麒^1,2,3，徐恩光^1,3，賈體(tǐ)偉^1,3，楊華勇²，張斌²，李研彪^1,3
機構：¹浙江工(gōng)業大(dà)學，機械工(gōng)程學院，中(zhōng)國杭州，310023；²浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；³浙江工(gōng)業大(dà)學，特種裝備制造與先進加工(gōng)技術教育部/浙江省重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310023
目的：兩級換向閥通常采用比例先導控制技術，其缺點是存在死區、洩漏和先導閥運動質量大(dà)等問題，難以保證主閥的快速響應性能。因此，本文旨在提出一(yī)種采用兩個獨立高速開(kāi)關閥的切換先導技術替代傳統的先導比例閥，以提高主閥的動靜态性能。
創新點：1.設計一(yī)種以高速開(kāi)關閥組爲先導橋路的新型兩級液壓閥；2.設計基于分(fēn)段式比例積分(fēn)微分(fēn)（PID）的主閥芯位移控制算法；3.運用切換先導技術，明顯改善主閥的動靜态性能。
方法：1.通過理論分(fēn)析研究先導級供油壓力（公式(16)和(17)）和高速開(kāi)關閥驅動頻(pín)率（公式(19)和(20)）對主閥動靜态性能的影響；2.在先導級采用自适應供油壓力驅動算法（圖7），而在主級采用分(fēn)段式PID主閥芯位移控制算法（圖10）；3.通過實驗分(fēn)析，驗證本文提出的切換先導技術的控制效果（圖12~15）。
結論：1.通過理論分(fēn)析和實驗論證，證明了切換先導技術方案的可行性；2.先導級供油壓力和高速開(kāi)關閥驅動頻(pín)率對主閥動态性能和控制精度有很大(dà)影響。3.通過增大(dà)先導級供油壓力，可以提高主閥21.5%的快速響應性能，但同時會造成較大(dà)的穩态誤差。4.通過增加高速開(kāi)關閥的驅動頻(pín)率，可以将主閥的穩态誤差控制在20μm内，并提高16.7%的靜态性能。

關鍵詞組：先導式比例閥；切換先導級；高速開(kāi)關閥；動态性能；控制精度

Mechanism analysis and evaluation of thermal effects on the operating point drift of servo valves

Jian KANG, Zhao-hui YUAN, Jing-chao LI

DOI: 10.1631/jzus.A2100464 Downloaded: 852 Clicked: 765 Cited: 0 Commented: 0(p.286-302) <Full Text> <PPT> 315

Chinese summary <23> 伺服閥工(gōng)作點漂移熱效應機理分(fēn)析與評估

作者：康健，袁朝輝，李景超
機構：西北(běi)工(gōng)業大(dà)學，自動化學院，中(zhōng)國西安，710072
目的：大(dà)溫度範圍内的工(gōng)作點漂移會顯著降低伺服閥的性能，但工(gōng)作點偏差的方向和幅度具有不确定性。本文旨在建立一(yī)個清晰的理論模型物(wù)理概念來描述、分(fēn)析和評估這個具有多層次結構和多變量機制的複雜(zá)系統。
創新點：由于物(wù)理過程包含結構參數和流動特性的複雜(zá)變化，因此在推導解析數學關系時存在簡化近似的問題。本文采用的多物(wù)理場數值分(fēn)析的優點可以彌補分(fēn)析公式的這一(yī)缺點。
方法：在建立理論模型和進行數值分(fēn)析的基礎上，構建全閥傳遞函數模型，實現熱效應作用于伺服閥時的機理分(fēn)析和工(gōng)作點漂移評估。
結論：1.銜鐵-噴嘴組件之間的不對稱配合關系是熱效應引起工(gōng)作點漂移的重要原因。2.不同溫度下(xià)結構參數和流體(tǐ)介質特性的差異可導緻工(gōng)作點非線性變化。3.當偏差角達到±1°時，溫度升高會導緻閥芯位移偏差的切線斜率絕對值從1.44×10^?5減小(xiǎo)到1.25×10^?6m/°C；偏差角的影響體(tǐ)現在壓力偏差的切線斜率絕對值從1.14×10³Pa/°C到110 Pa/°C的變化。

關鍵詞組：伺服閥；工(gōng)作點漂移；數學模型；數值分(fēn)析；熱效應

Data-driven fault diagnosis of control valve with missing data based on modeling and deep residual shrinkage network

Feng SUN, He XU, Yu-han ZHAO, Yu-dong ZHANG

DOI: 10.1631/jzus.A2100598 Downloaded: 1276 Clicked: 1549 Cited: 0 Commented: 0(p.303-313) <Full Text> <PPT> 387

Chinese summary <22> 數據驅動的基于數學模型插補和改進深度殘差收縮網絡的調節閥狀态監控

作者：孫豐，徐賀，趙宇晗，張渝東
機構：哈爾濱工(gōng)程大(dà)學，機電工(gōng)程學院，中(zhōng)國哈爾濱，150001
目的：故障診斷在系統可靠性增強方面具有重要作用。調節閥通常運行在惡劣的環境下(xià)，故調節閥的故障時有發生(shēng)。因此一(yī)種智能、穩健的調節閥健康狀态檢測方法對于系統的運行至關重要。針對調節閥數據驅動模型易受工(gōng)況變化和數據缺失影響的問題，本文提出一(yī)種基于數學模型估算和改進深度殘差收縮網絡（MDRSN）的故障診斷方法。
方法：1.采集調節閥在不同開(kāi)度的多個傳感器時間序列樣本。2.使用數學模型插補模型對不完整數據集進行補足，并使用MDRSN對調節閥的不同工(gōng)況進行故障診斷。3.分(fēn)析該方法在缺失數據估計和故障診斷中(zhōng)的準确率。
結論：本文利用調節閥的數學模型對缺失數據進行處理，并提出将MDRSN用于調節閥故障診斷。基于補全後獲得的完整樣本，對調節閥的故障診斷模型進行分(fēn)析和訓練，以提高故障診斷的準确性。結果表明，在基于數學模型插補的完整數據集上使用MDRSN的在線故障診斷效果較好。

關鍵詞組：調節閥；數據缺失；故障診斷；數學模型；MDRSN

Analysis of fretting wear behavior of unloading valve of gasoline direct injection high-pressure pump

Liang LU, Yin-peng XU, Meng-ru LI, Qi-long XUE, Man-yi ZHANG, Liang-liang LIU, Zhong-yu WU

DOI: 10.1631/jzus.A2100685 Downloaded: 954 Clicked: 929 Cited: 0 Commented: 0(p.314-328) <Full Text> <PPT> 304

Chinese summary <25> 汽油直噴高壓泵卸荷閥微動磨損特性分(fēn)析

作者：陸亮^1,2,4，徐寅鵬¹，李夢如¹，薛齊龍¹，張滿意³，劉亮亮³，伍中(zhōng)宇³
機構：¹同濟大(dà)學，機械與能源工(gōng)程學院，中(zhōng)國上海，201804；²浙江大(dà)學，流體(tǐ)動力與機電系統國家重點實驗室，中(zhōng)國杭州，310027；³聯合汽車(chē)電子有限公司，中(zhōng)國上海，200120；⁴自主智能無人系統前沿科學中(zhōng)心，中(zhōng)國上海，201210
目的：汽油直噴技術的高壓化趨勢會導緻泵閥組件磨損、振動、噪聲、氣蝕等嚴重問題。研究實踐中(zhōng)發現高壓泵卸荷閥的閥球與閥座接觸面存在環形損傷。作者的前期研究已指出損傷非靜力或疲勞所緻，而是在微觀形貌上更具有微動磨損的特點。基于微動磨損的假設，本文首先針對卸荷閥超靜定結構進行建模分(fēn)析，獲得磨損仿真邊界條件，基于微動磨損數學模型與數值仿真網格自适應技術定量分(fēn)析磨損量伴随結構參數的變化規律，并提出結構改進的建議。
創新點：1.基于超靜定結構建模解析，建立準确的微動磨損數值仿真邊界條件；2.基于網格自适應技術複現了磨損過程，結合實驗驗證證實損傷的微動磨損機制。
方法：1.通過構建模塊化的實驗系統并搭建模拟微動磨損行爲的實驗台獲得球閥微動磨損的實驗數據（圖3和4）；2.通過理論推導，構建球閥微動磨損超靜定受力模型，得到仿真計算所需微動邊界條件（公式(1)~(10)）；3.通過對Archard磨損模型進行改進獲得适用于有限元計算的磨損公式，并結合叠代加速計算方法和網格自适應技術建立球閥微動磨損定量數值計算模型（圖11）。4.模型解析獲得規律，提出結構改進建議。
結論：1.微動磨損的實驗結果與仿真結果具有良好的一(yī)緻性，證明了球閥微動磨損仿真數值計算模型的準确性；2.閥球的磨損寬度和磨損深度都随着接觸半角的增大(dà)而減小(xiǎo)；3.閥球的磨損寬度和磨損深度都随着閥球半徑的增大(dà)而減小(xiǎo)。

關鍵詞組：微動磨損特性；卸荷閥；實驗和數值分(fēn)析；高壓化

Correspondence

Correspondence: Eccentric actuator driven by stacked electrohydrodynamic pumps

Ze-bing MAO, Yota ASAI, Ardi WIRANATA, De-qing KONG, Jia MAN

DOI: 10.1631/jzus.A2100468 Downloaded: 1215 Clicked: 998 Cited: 0 Commented: 0(p.329-334) <Full Text> <PPT> 268

Chinese summary <23> 基于堆疊式電動液壓泵驅動的偏心執行器

作者：毛澤兵¹，淺井庸太¹,Ardi WIRANATA^1,2,孔德卿³，滿佳⁴
機構：¹芝浦工(gōng)業大(dà)學，工(gōng)程科學和力學系智能材料實驗室，日本東京，135-8548；²加查馬達大(dà)學，機械工(gōng)業工(gōng)程學院，印度尼西亞日惹，55281；³室蘭工(gōng)業大(dà)學，日本北(běi)海道室蘭；⁴山東大(dà)學，機械工(gōng)程學院，高效清潔機械制造重點實驗室，中(zhōng)國濟南(nán)，250061
目的：由于現有的電動液壓泵的驅動性能（壓力和流量）有限，所以本文期望通過采用數字制造和堆疊的方式來提高電動液壓泵的輸出壓力和流量。
創新點：1.通過數字制造的方式實現可彎可扭的電動液壓泵；2.采用設計和加工(gōng)後的電動液壓泵來驅動偏心執行器。
方法：1.采用實驗的方式測量堆疊式電動液壓泵的輸出壓力和流量，并與單層式電動液壓泵的輸出壓力和流量進行對比；2.通過驅動柔性偏心執行器的方式，評估其響應特性，并用彎曲角度大(dà)小(xiǎo)來衡量泵源的性能。
結論：1.設計、制造和表征了單層式和堆疊式電動液壓泵。2.通過性能比較可知(zhī)，堆疊式電動液壓泵的輸出壓力和流速分(fēn)别爲15.8 kPa和37.02 mL/min，而單層式電動液壓泵的輸出壓力和流速分(fēn)别爲3.2 kPa和24.09 mL/min。3.堆疊式電動液壓泵驅動的偏心執行器可在8 s内實現240°的偏轉角度，并在3 s内快速返回到原始位置。

關鍵詞組：堆疊式電動液力泵；電極；HFE 7300；偏心執行器