發(fā)布時間：2020-03-30 00:22

【摘要】：特大型板材熱成型液壓機具備完成超大平面尺寸金屬板材的彎曲、拉深等壓力成型工藝的能力,用于制造以核反應堆安全殼為代表的壓力容器、以航空母艦為代表的船艦等大型金屬結構體的曲面板狀型材,在諸多支柱性制造業(yè)領域中發(fā)揮著不可替代的重要作用,是關乎國計民生的基礎性裝備。特大型板材熱成型液壓機的關鍵技術主要涉及本體結構設計與電液控制技術兩個方面:1)特大型板材熱成型液壓機本體結構尺寸超大,對結構件加工技術與制造成本非常敏感;2)電液系統(tǒng)具有多個執(zhí)行器(10個主動工作液壓缸,簡稱主缸),驅動負載質量超大(約1200t),調速范圍超寬(約0.5mm/s～80mm/s);3)本體導向剛度較差(為適應熱成型工藝),然而滑塊平行運動精度要求很高(傾斜相對精度小于1/2500);4)能耗巨大(峰值功率約1500KW),節(jié)能、效率問題突出。綜上,關于特大型板材熱成型液壓機本體結構與電液系控制統(tǒng)的研究不僅具有學術價值,而且現(xiàn)實意義和必要性突出。本論文以80MN特大型板材熱成型液壓機為代表性研究對象,充分考慮板材彎曲成型的工藝特點與滑塊運行驅動系統(tǒng)的動力學特性,圍繞該型液壓機本體結構設計與電液控制技術展開了系統(tǒng)與深入的研究,提出了一系列具有針對性的關鍵技術,包括:分體式預應力組合框架結構及設計方法;基于容積控制與節(jié)流控制相結合的三級液壓復合驅動控制方法及其基于液壓控制單元匹配的運動-壓力復合控制器;基于任務坐標的超大臺面滑塊平行控制方法;特大型板材熱成型液壓機電液系統(tǒng)優(yōu)化技術。以上大部分技術的實際效果與性能均通過實驗手段得到了驗證,相關成果已經得到了實際應用研究。本論文共分為六章,各章摘要如下:第一章,本章闡述了特大型板材熱成型液壓機本體與電液控制技術的研究背景,總結歸納了相關研究中所特有的難題;繼而詳細介紹了研究難題所涉及的關鍵技術的研究現(xiàn)狀;最后,論述了本課題的研究內容及研究意義。第二章,介紹了普通板材成型液壓機的結構與受力變形;針對具有超大臺面、超長行程的特大型板材熱成型液壓機的本體結構設計,提出了分體式預應力組合框架結構;論述了分體式預應力組合框架的結構特點與實現(xiàn)方式,總結了其結構參數的設計方法;在深入分析分體式預應力組合框架各結構參數之間耦合關聯(lián)影響的基礎上,提出了該類型結構的標準設計流程;展示了設計結果,并借助有限元仿真軟件進行了校核驗證與工況分析。第三章,鑒于結構限制、調平需求與本體受力分布均勻性等因素,確立了主缸單獨調節(jié)兼作調平的方案;為了解決超大質量負載下的主缸大范圍速度調節(jié)難題,提出了基于容積控制與節(jié)流控制相結合的三級復合驅動控制液壓回路;建立所提主缸電液控制系統(tǒng)動力學模型,進而分別設計了系統(tǒng)的自適應魯棒運動控制器與基于非線性擾動觀測器的壓力控制器;提出了液壓控制單元匹配技術,從而將三級液壓復合驅動控制方法與所設計系統(tǒng)控制器融為一體;提出了基于行程位移切換和控制量絕對值最小原則的運動-壓力復合控制策略,從而實現(xiàn)主缸從運動控制到壓力控制的平穩(wěn)過渡;以1臺l000t液壓機為實驗平臺對本章所提電液控制理論進行了有效性驗證。第四章,針對特大型板材熱成型液壓機滑塊的平行控制問題,提出了滑塊平行運動狀態(tài)的任務坐標轉換方法,并在此基礎上構建了主缸-滑塊耦合體在任務坐標系下的標準化動力學狀態(tài)空間矩陣,任務坐標系內的坐標直接反映了滑塊的運動狀態(tài)與平行狀態(tài);提出了基于平行運動期望任務坐標分解的解耦運動控制和基于任務坐標變換的耦合運動控制,將這兩種運動控制方法分別在所提運動-壓力復合控制策略框架下與主缸壓力控制相結合即可設計對應的滑塊平行控制器;以1臺4000t汽車縱梁液壓機為實驗平臺對上述滑塊平行控制器進行了測試,結果表明:本章所提方法能夠實現(xiàn)滑塊較高精度的平行運動控制,其中基于耦合運動控制的滑塊平行控制器糾偏魯棒性較強,同時控制目標的協(xié)調性也更為優(yōu)良。第五章,針對本文所構建理論體系在工程應用中面臨的能耗、效率、安全等多方面實際問題,作為補充和完善重點論述了分級加壓、恒功率控制、滑塊重力無源平衡和同步卸壓等優(yōu)化技術的原理和實現(xiàn)方法;介紹了本文所提出的本體結構設計方法與電液控制技術在1臺80MN特大型板材熱成型液壓機的研發(fā)與生產中的應用情況,結果表明相關理論成果的應用效果良好,對目標產品的成功研制起到了積極的推動作用。第六章,總結了本論文的主要研究工作;闡述了研究結論;歸納了論文創(chuàng)新點;對后續(xù)工作進行了展望。
【圖文】：

AP1000反應堆安全殼示意圖

圖１．４Ｃ型單柱式液壓機逡逑式結構是另一種被普遍采用的液壓機本體結構形式，可分為式框架［３２１兩種。如圖１．５所示，，整體式框架是用鑄造或者鋼封閉式“回”字形框架；組合式框架則是把“回”字形框
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG315.4

【參考文獻】

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本文編號：2606735