【摘要】：開關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叩截撦d所需要的壓力而不改變油源的恒壓性質(zhì),為負載提供與其消耗功率相適應的流量,達到最佳的節(jié)能效果,理想狀態(tài)下其效率能達到100%,是一種新型的節(jié)能型液壓系統(tǒng),但由于開關液壓源各元件動態(tài)損耗及瞬態(tài)損耗的影響,系統(tǒng)會產(chǎn)生較大的能耗。為了使系統(tǒng)能耗降到最低,實現(xiàn)開關液壓源的實用性和產(chǎn)業(yè)化,有必要對系統(tǒng)的調(diào)控性能做進一步的研究。鑒于國內(nèi)外對開關液壓源調(diào)速系統(tǒng)應用于大流量負載工況下研究的欠缺,本文針對降壓型開關液壓源調(diào)速系統(tǒng)進行了設計與研究,并對其傳統(tǒng)的PID控制方法進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)學模型上的相似性原理,參照Buck開關電源的結構,建立了降壓型開關液壓源的結構模型,并對其降壓增流原理進行了理論分析,驗證了理想狀態(tài)下降壓型開關液壓源的輸出壓力與高速開關閥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)對負載輸出特性的影響,本文建立了有、無液容蓄能器濾波兩種情況下負載的穩(wěn)態(tài)速度波動與系統(tǒng)工作頻率、占空比,液容、液感以及負載的工作壓力及結構參數(shù)間的函數(shù)關系。為將系統(tǒng)運用到大流量負載中,本文將高速開關閥控二通插裝閥與單向插裝閥應用到開關液壓源中,以增大系統(tǒng)的通油量,同時保持系統(tǒng)的高頻切換特性,并針對所選高速開關閥通油量小的缺陷,設計了一種液控閥作為高速開關閥控二通插裝閥的二級先導閥,以增大插裝閥控制腔的通油量,提高閥的響應速度�；诤銐壕W(wǎng)絡技術,建立了降壓型開關液壓源調(diào)速系統(tǒng)的結構模型,其恒壓網(wǎng)絡能夠為調(diào)速系統(tǒng)提供恒定的壓力油,并輸出負載所需要的流量,其補油沖洗系統(tǒng)能夠補充因泄露和冷卻消耗的流量,同時對油液進行降溫,保證了系統(tǒng)的可靠運行。為分析各元件參數(shù)對系統(tǒng)參數(shù)及能耗的影響,建立了液容蓄能器、液感馬達、閥控二通插裝閥及單向插裝閥等液壓元件的數(shù)學模型,并對其結構選型進行了分析。本文最后以馬達負載為研究對象,對其調(diào)速系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計及負載制動或遭遇大載荷突然停機時能量的回收,并應用AMESim與Simulink軟件建立了系統(tǒng)的聯(lián)合仿真模型,對系統(tǒng)的調(diào)控性能及控制方法進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、大負載壓力及流量情況下具有較高的轉(zhuǎn)換效率,能夠達到70%以上。適當減小蓄能器的節(jié)流孔徑并增大其充氣體積能夠很好的消除系統(tǒng)啟動時的速度波動,同時適當增大系統(tǒng)的工作頻率,可降低負載速度的穩(wěn)態(tài)波動。系統(tǒng)的微分控制會放大速度的穩(wěn)態(tài)波動,不適宜使用;系統(tǒng)在普通PI控制下,對于特定的轉(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,低速運行時會引起速度的振蕩;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)的運行。同時在系統(tǒng)負載輸入端與高壓油源之間加入一個壓力反饋單向閥,可避免負載在制動或遭遇大載荷突然停機時產(chǎn)生的液壓沖擊及能量的浪費。
【圖文】：

二次元件從壓力網(wǎng)絡中取得的流量，避免空載執(zhí)行器的超速運行，因而也存節(jié)流損耗。由本世紀初提出的開關液壓源系統(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 開關電源原理），把開關電源理論與單泵多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)合起來構成的一種全新原理的節(jié)能型液壓系統(tǒng)，其結構原理如圖 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)行器通過開關液壓源并聯(lián)在液壓總線上，改變高速開關閥(開關液壓源中的關鍵元件之一）的占空比來調(diào)節(jié)開關液壓源力，使其降低或升高到執(zhí)行器所需的壓力值，同時為執(zhí)行器提供與其消耗功的流量，達到最佳的節(jié)能效果。根據(jù)功能的不同，開關液壓源可分為升壓型和復合型開關液壓源，復合型開關液壓源既可以實現(xiàn)系統(tǒng)的升壓，也可以實降壓，使用何種類型的開關液壓源可以根據(jù)系統(tǒng)的實際情況進行選擇。

圖 1.2 四類多執(zhí)行器液壓系統(tǒng)的能耗比較據(jù)開關電源理論，理論上開關液壓源系統(tǒng)具有很高的轉(zhuǎn)換效率，但是與開的是開關液壓源組件中的液容、液感存在很大的附加液阻，會引起很大的同時高速開關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)中還會存在較大的彈性損耗。因此，開關液壓源系統(tǒng)在實際應較大的能量損耗。同時由于開關閥頻響的影響，系統(tǒng)的通流量受到了限制也不高，其壓力的轉(zhuǎn)換是一個嚴重的非線性過程，并且開關液壓源的輸出載決定，如何實現(xiàn)系統(tǒng)輸出壓力的自適應控制和大流量工作，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，浙江大學顧臨怡教授根據(jù)開關電源理論提出了開關液壓源的概念[1
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH137

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本文編號：2528299