【摘要】：電液伺服系統(tǒng)有泵控系統(tǒng)和閥控系統(tǒng),與閥控系統(tǒng)相比較,泵控系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、故障率低、維修方便、裝機成本低等優(yōu)點,同時也具有諸如響應(yīng)慢,控制精度不高等缺點。但是隨著能源的日益短缺,泵直接控制必將是液壓控制技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。本文以泵控差動缸系統(tǒng)為研究對象,重點研究如何提高泵控差動缸系統(tǒng)的響應(yīng)速度、差動缸的運動平穩(wěn)性及降低系統(tǒng)的振動沖擊和噪聲,以推廣泵控系統(tǒng)的實際應(yīng)用為最終研究目標。 泵控系統(tǒng)根據(jù)被控對象的不同,可以分為泵控馬達和泵控液壓缸兩類,泵控液壓缸又可以分為泵控對稱液壓缸和泵控差動液壓缸兩種。泵控馬達和泵控對稱液壓缸由于被控兩腔容積相等,較容易實現(xiàn),可以采用變轉(zhuǎn)速直接控制,受益于電動機控制技術(shù)的發(fā)展,目前技術(shù)已經(jīng)很成熟,在很多領(lǐng)域已經(jīng)成熟應(yīng)用。而對于廣泛應(yīng)用的差動液壓缸,由于兩腔容積不相等,存在不對稱流量問題,要實現(xiàn)對差動液壓缸的直接泵控制,首先要解決兩腔的不對稱流量及兩腔預壓緊問題,針對這一問題,大部分研究都采用輔助泵或蓄能器通過液控單向閥補償。本文中介紹一種具有三個油口的液壓泵,兩個油口分別和差動缸的兩腔直接連接,第三個油口和油箱連接,根據(jù)被控差動缸兩腔的容積比分配三個油口的流量,可以自動平衡差動缸兩腔的不對稱流量,實現(xiàn)用一個液壓泵直接控制差動缸的目的。 泵控液壓缸的核心元器件是伺服變量液壓泵,論文首先對變量液壓泵進行研究,從斜盤式軸向柱塞泵的運動學和動力學開始進行理論分析研究,建立斜盤式軸向柱塞泵的運動學和動力學數(shù)學方程,在仿真軟件SimulationX中搭建斜盤式軸向柱塞泵的仿真模型,通過仿真研究對斜盤式軸向柱塞泵的變量特性和配流特性進行研究。又針對串聯(lián)三油口軸向柱塞泵的流量壓力脈動特性進行仿真研究,為降低脈動量,對配流盤減振結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計,確定了三角形減振槽的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù),有效降低了脈動量,為柱塞泵的減振降噪提供了數(shù)據(jù)支撐。 目前很多伺服變量泵都串聯(lián)有輔助泵,采用輔助泵平衡差動缸不對稱流量,可以充分利用現(xiàn)有的成熟液壓泵技術(shù),也不失為一種很好的選擇。根據(jù)所使用的控制方案,泵控差動缸系統(tǒng)可以分為定轉(zhuǎn)速變排量、變轉(zhuǎn)速定排量和變轉(zhuǎn)速變排量泵控差動缸系統(tǒng)三種類型,由于電動機調(diào)速控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟,變轉(zhuǎn)速定排量型泵控差動缸系統(tǒng)發(fā)展最為快速和成熟。論文針對三種類型的泵控差動缸系統(tǒng)分別進行了闡述,重點對定轉(zhuǎn)速變排量型和變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動缸系統(tǒng)進行理論分析、建模仿真和實驗研究。泵控差動缸系統(tǒng)其實就是對變量泵流量的控制,泵的流量等于泵的排量和轉(zhuǎn)速的乘積,由于變轉(zhuǎn)速變排量控制是對排量和轉(zhuǎn)速同時控制,相對另外兩種泵控差動缸系統(tǒng)多了一個控制自由度,具有更好的控制性能。但是同時增加了控制系統(tǒng)的復雜性,使系統(tǒng)成為本質(zhì)非線性的控制系統(tǒng),給系統(tǒng)的控制和動態(tài)分析帶來了很大的難度。為簡化問題,采用變排量為主,變轉(zhuǎn)速為輔的控制方式,給轉(zhuǎn)速設(shè)置最低轉(zhuǎn)速控制閾值,在控制時將排量控制信號同時疊加在電機轉(zhuǎn)速控制信號上,實現(xiàn)排量轉(zhuǎn)速的復合控制,提高了動態(tài)響應(yīng)速度。分別建立定轉(zhuǎn)速變排量型和變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動缸系統(tǒng)仿真模型,用仿真的手段研究分析動態(tài)特性。對仿真結(jié)果進行分析,結(jié)果表明變轉(zhuǎn)速變排量復合控制差動缸系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度明顯快于定轉(zhuǎn)速變排量泵控差動缸系統(tǒng)。 在控制策略上,分別對電液伺服控制常用的位置伺服、速度伺服和壓力伺服的控制機理進行分析,提出針對泵控差動缸系統(tǒng)的具有負載力補償?shù)奈恢茫俣葟秃纤欧呗?通過加載試驗測量,擬合出負載力補償量計算模塊,將力補償量控制信號疊加在位置伺服控制信號中,解決了負載力擾動問題。通過設(shè)計速度前饋模型和切換開關(guān)參數(shù)成功實現(xiàn)位置反饋和速度前饋復合控制的無擾切換。 為驗證理論研究,搭建物理試驗臺,對定轉(zhuǎn)速變排量型和變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動缸系統(tǒng)的動態(tài)特性進行測試,同時還測試變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動位置／速度復合伺服時系統(tǒng)的速度和位置曲線,表明采用這種復合伺服策略可有效控制活塞桿的運行平穩(wěn)性和位置的精確性。測試結(jié)果驗證了理論和仿真研究的正確性,為泵控差動缸的推廣應(yīng)用提供了一定的依據(jù)。 為了用泵控系統(tǒng)順利替代閥控系統(tǒng),對閥控系統(tǒng)中存在的液壓沖擊現(xiàn)象進行研究,以煉鋼高爐扒渣機扒渣大臂液壓系統(tǒng)為研究對象,分析現(xiàn)有常見的被動式緩沖方法,提出主動變阻尼緩沖方法。通過仿真分析和現(xiàn)場實測,所提出的主動變阻尼緩沖方法可有效降解液壓沖擊。
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【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH137

【參考文獻】

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本文編號：2355109