【摘要】：軸向柱塞泵作為液壓系統(tǒng)中關(guān)鍵性動(dòng)力元件,具有壓力高、調(diào)速范圍廣、配流結(jié)構(gòu)易于改型等特點(diǎn),能夠適應(yīng)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)化回路、節(jié)能環(huán)保的發(fā)展要求。采用液壓泵直接控制液壓缸的運(yùn)動(dòng),是提高電液技術(shù)能量效率最直接的方法,是該領(lǐng)域國(guó)際上的研究熱點(diǎn),國(guó)內(nèi)外在這方面都開展了許多研究工作。目前,液壓系統(tǒng)主要采用閥控方式,存在不足是產(chǎn)生大的節(jié)流損失,降低了系統(tǒng)能量效率。人們?cè)缇兔鞔_,改變這種狀況的最有效方式是采用無閥的泵直接控制技術(shù),即通過控制液壓泵的排量或轉(zhuǎn)速,改變提供到系統(tǒng)的流量,控制液壓缸的位移、速度和輸出力的大小。根據(jù)對(duì)象不同,泵控技術(shù)有泵控缸、泵控馬達(dá)兩類,泵控缸又包含泵控對(duì)稱缸與泵控差動(dòng)缸。經(jīng)過20多年的努力,直接泵控技術(shù)已取得了非常大的進(jìn)展,發(fā)展了高動(dòng)態(tài)響應(yīng)比例和伺服泵,引入了變轉(zhuǎn)速控制技術(shù),解決了液壓缸兩腔的預(yù)壓緊問題,尤其是對(duì)雙出桿的對(duì)稱液壓缸,控制技術(shù)已非常成熟,并已經(jīng)在航空領(lǐng)域獲得了應(yīng)用。但是,對(duì)于液壓技術(shù)中廣泛應(yīng)用的差動(dòng)液壓缸,雖然已經(jīng)取得了許多進(jìn)展,現(xiàn)有技術(shù)都不理想,為了補(bǔ)償差動(dòng)缸不對(duì)稱流量,需要采用許多輔助的方法。比如采用液壓泵和馬達(dá)組成的液壓變壓器補(bǔ)償差動(dòng)缸的不對(duì)稱流量；采用液控單向閥補(bǔ)油、平衡差動(dòng)缸流量差的方法。但是,由于差動(dòng)缸的特殊結(jié)構(gòu),現(xiàn)有的技術(shù)還是不能做到像泵控雙出桿缸一樣,無需外部的輔助元件,只用一臺(tái)液壓泵就能閉環(huán)控制差動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),本文依據(jù)非對(duì)稱閥控制非對(duì)稱缸的思想,提出在軸向柱塞泵中采用非對(duì)稱配流方法控制差動(dòng)缸的原理,在理論分析的基礎(chǔ)上,從建模分析、仿真運(yùn)算、三維實(shí)體建模到研制出一種新型液壓泵,并在不同的工作模式下與仿真結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比,得出比較合理的新型泵關(guān)鍵元件的結(jié)構(gòu)參數(shù),使樣機(jī)泵的壓力脈動(dòng)效果達(dá)到與現(xiàn)有泵相當(dāng)?shù)乃?最終達(dá)到單泵可以補(bǔ)償差動(dòng)缸的不對(duì)稱面積,閉環(huán)控制差動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng),優(yōu)化回路結(jié)構(gòu)。具體的步驟是,對(duì)現(xiàn)有軸向柱塞泵進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和改型,將軸向柱塞泵的排油窗口保持不變,吸油窗口改型設(shè)計(jì)為兩個(gè)窗口,一個(gè)窗口接液壓缸的有桿腔,另一個(gè)窗口連通低壓油箱,成為三配流窗口軸向柱塞泵,通過改變泵的排量或轉(zhuǎn)速,直接控制差動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng),相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)采用液壓閥補(bǔ)償差動(dòng)缸面積差的回路,達(dá)到簡(jiǎn)化油路、提高系統(tǒng)的能量效率。三配流窗口軸向柱塞泵還能夠同時(shí)輸出兩路不同壓力的流量,控制兩個(gè)液壓執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)和改型過程中,首先,采用機(jī)電系統(tǒng)通用仿真軟件SimulationX建立考慮單個(gè)柱塞運(yùn)動(dòng)特征、油液壓縮性和配流面積隨轉(zhuǎn)角變化的液壓泵仿真模型,通過數(shù)字仿真確定泵主要結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù),特別是缸體和配流盤減震槽的尺寸,采用數(shù)字仿真對(duì)泵的流量特性、壓力特性進(jìn)行分析；其次,制造出樣機(jī)泵后,在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)多種轉(zhuǎn)速下泵的壓力、流量、容積效率和噪聲等特性進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證原理和仿真設(shè)計(jì)的正確性,重新設(shè)計(jì)和改型的泵配流窗口結(jié)構(gòu),有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式；第三,利用Matlab/Simulink軟件建立泵變轉(zhuǎn)速控制差動(dòng)缸閉式系統(tǒng)仿真模型,對(duì)差動(dòng)缸運(yùn)動(dòng)過程中所受到的不同工況進(jìn)行仿真研究,根據(jù)閉式回路動(dòng)作要求,在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)泵的輸出流量、壓力以及差動(dòng)缸的位移、輸出力、速度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,最終通過試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證仿真結(jié)果。研究成果表明,采用新型配流原理研制成功的三配流窗口軸向柱塞泵,完全可以平衡差動(dòng)缸兩腔的不對(duì)稱流量,將在不久的具體設(shè)備應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH322

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2757050