【摘要】：開關(guān)液壓源作為一種多執(zhí)行器的壓力轉(zhuǎn)換裝置,能夠?qū)⒑銐河驮吹膲毫档突蛏叩截?fù)載所需要的壓力而不改變油源的恒壓性質(zhì),為負(fù)載提供與其消耗功率相適應(yīng)的流量,達(dá)到最佳的節(jié)能效果,理想狀態(tài)下其效率能達(dá)到100%,是一種新型的節(jié)能型液壓系統(tǒng),但由于開關(guān)液壓源各元件動(dòng)態(tài)損耗及瞬態(tài)損耗的影響,系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大的能耗。為了使系統(tǒng)能耗降到最低,實(shí)現(xiàn)開關(guān)液壓源的實(shí)用性和產(chǎn)業(yè)化,有必要對(duì)系統(tǒng)的調(diào)控性能做進(jìn)一步的研究。鑒于國內(nèi)外對(duì)開關(guān)液壓源調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用于大流量負(fù)載工況下研究的欠缺,本文針對(duì)降壓型開關(guān)液壓源調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究,并對(duì)其傳統(tǒng)的PID控制方法進(jìn)行了研究和仿真分析。本文首先根據(jù)液壓元件與電子元件數(shù)學(xué)模型上的相似性原理,參照Buck開關(guān)電源的結(jié)構(gòu),建立了降壓型開關(guān)液壓源的結(jié)構(gòu)模型,并對(duì)其降壓增流原理進(jìn)行了理論分析,驗(yàn)證了理想狀態(tài)下降壓型開關(guān)液壓源的輸出壓力與高速開關(guān)閥PWM波的占空比成正比,其輸出流量則與之成反比。為研究各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)負(fù)載輸出特性的影響,本文建立了有、無液容蓄能器濾波兩種情況下負(fù)載的穩(wěn)態(tài)速度波動(dòng)與系統(tǒng)工作頻率、占空比,液容、液感以及負(fù)載的工作壓力及結(jié)構(gòu)參數(shù)間的函數(shù)關(guān)系。為將系統(tǒng)運(yùn)用到大流量負(fù)載中,本文將高速開關(guān)閥控二通插裝閥與單向插裝閥應(yīng)用到開關(guān)液壓源中,以增大系統(tǒng)的通油量,同時(shí)保持系統(tǒng)的高頻切換特性,并針對(duì)所選高速開關(guān)閥通油量小的缺陷,設(shè)計(jì)了一種液控閥作為高速開關(guān)閥控二通插裝閥的二級(jí)先導(dǎo)閥,以增大插裝閥控制腔的通油量,提高閥的響應(yīng)速度。基于恒壓網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立了降壓型開關(guān)液壓源調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型,其恒壓網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)檎{(diào)速系統(tǒng)提供恒定的壓力油,并輸出負(fù)載所需要的流量,其補(bǔ)油沖洗系統(tǒng)能夠補(bǔ)充因泄露和冷卻消耗的流量,同時(shí)對(duì)油液進(jìn)行降溫,保證了系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。為分析各元件參數(shù)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)及能耗的影響,建立了液容蓄能器、液感馬達(dá)、閥控二通插裝閥及單向插裝閥等液壓元件的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)其結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行了分析。本文最后以馬達(dá)負(fù)載為研究對(duì)象,對(duì)其調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)及負(fù)載制動(dòng)或遭遇大載荷突然停機(jī)時(shí)能量的回收,并應(yīng)用AMESim與Simulink軟件建立了系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型,對(duì)系統(tǒng)的調(diào)控性能及控制方法進(jìn)行了仿真分析與研究。研究表明,系統(tǒng)工作在低頻率、高占空比、小高頻容腔、大負(fù)載壓力及流量情況下具有較高的轉(zhuǎn)換效率,能夠達(dá)到70%以上。適當(dāng)減小蓄能器的節(jié)流孔徑并增大其充氣體積能夠很好的消除系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的速度波動(dòng),同時(shí)適當(dāng)增大系統(tǒng)的工作頻率,可降低負(fù)載速度的穩(wěn)態(tài)波動(dòng)。系統(tǒng)的微分控制會(huì)放大速度的穩(wěn)態(tài)波動(dòng),不適宜使用;系統(tǒng)在普通PI控制下,對(duì)于特定的轉(zhuǎn)速工況具有良好的調(diào)速性能,但在不同的調(diào)速工況下易發(fā)生速度的超調(diào)或振蕩,不能滿足系統(tǒng)所有工況的需要;系統(tǒng)在積分分離式PI控制下,低速運(yùn)行時(shí)會(huì)引起速度的振蕩;系統(tǒng)只有在抗積分飽和式PI控制下才具有較好的調(diào)速性能,其超調(diào)量及波動(dòng)小,而且系統(tǒng)在速度突變、沖擊荷載、突變荷載及超載、失載、白噪聲干擾下都能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。同時(shí)在系統(tǒng)負(fù)載輸入端與高壓油源之間加入一個(gè)壓力反饋單向閥,可避免負(fù)載在制動(dòng)或遭遇大載荷突然停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊及能量的浪費(fèi)。
【圖文】：

二次元件從壓力網(wǎng)絡(luò)中取得的流量，避免空載執(zhí)行器的超速運(yùn)行，因而也存節(jié)流損耗。由本世紀(jì)初提出的開關(guān)液壓源系統(tǒng)成功地解決了上述三類傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)無法及降壓過程中無法增加流量的問題，，它是依據(jù)液壓系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的相似性于 Buck 及 Boost 開關(guān)電源原理），把開關(guān)電源理論與單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)合起來構(gòu)成的一種全新原理的節(jié)能型液壓系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)原理如圖 1.1 所示[1]。源的總線由專門的液壓泵站輸出，其輸出壓力為定值，其輸出流量或功率可器的總流量或功率相匹配。各路執(zhí)行器通過開關(guān)液壓源并聯(lián)在液壓總線上，改變高速開關(guān)閥(開關(guān)液壓源中的關(guān)鍵元件之一）的占空比來調(diào)節(jié)開關(guān)液壓源力，使其降低或升高到執(zhí)行器所需的壓力值，同時(shí)為執(zhí)行器提供與其消耗功的流量，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。根據(jù)功能的不同，開關(guān)液壓源可分為升壓型和復(fù)合型開關(guān)液壓源，復(fù)合型開關(guān)液壓源既可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升壓，也可以實(shí)降壓，使用何種類型的開關(guān)液壓源可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

圖 1.2 四類多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)的能耗比較據(jù)開關(guān)電源理論，理論上開關(guān)液壓源系統(tǒng)具有很高的轉(zhuǎn)換效率，但是與開的是開關(guān)液壓源組件中的液容、液感存在很大的附加液阻，會(huì)引起很大的同時(shí)高速開關(guān)閥在高頻切換過程中也存在很大的流量損失，并且由于油液影響，系統(tǒng)中還會(huì)存在較大的彈性損耗。因此，開關(guān)液壓源系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)較大的能量損耗。同時(shí)由于開關(guān)閥頻響的影響，系統(tǒng)的通流量受到了限制也不高，其壓力的轉(zhuǎn)換是一個(gè)嚴(yán)重的非線性過程，并且開關(guān)液壓源的輸出載決定，如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的自適應(yīng)控制和大流量工作，以及如何降耗，提高其轉(zhuǎn)化效率，是本文研究過程中需要解決的問題。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀003 年，浙江大學(xué)顧臨怡教授根據(jù)開關(guān)電源理論提出了開關(guān)液壓源的概念[1
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH137

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8 陳q諤

本文編號(hào)：2528299