【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(jī)成本低等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也具有諸如響應(yīng)慢,控制精度不高等缺點(diǎn)。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(dòng)缸系統(tǒng)為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究如何提高泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)的響應(yīng)速度、差動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及降低系統(tǒng)的振動(dòng)沖擊和噪聲,以推廣泵控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用為最終研究目標(biāo)。 泵控系統(tǒng)根據(jù)被控對(duì)象的不同,可以分為泵控馬達(dá)和泵控液壓缸兩類(lèi),泵控液壓缸又可以分為泵控對(duì)稱(chēng)液壓缸和泵控差動(dòng)液壓缸兩種。泵控馬達(dá)和泵控對(duì)稱(chēng)液壓缸由于被控兩腔容積相等,較容易實(shí)現(xiàn),可以采用變轉(zhuǎn)速直接控制,受益于電動(dòng)機(jī)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(duì)于廣泛應(yīng)用的差動(dòng)液壓缸,由于兩腔容積不相等,存在不對(duì)稱(chēng)流量問(wèn)題,要實(shí)現(xiàn)對(duì)差動(dòng)液壓缸的直接泵控制,首先要解決兩腔的不對(duì)稱(chēng)流量及兩腔預(yù)壓緊問(wèn)題,針對(duì)這一問(wèn)題,大部分研究都采用輔助泵或蓄能器通過(guò)液控單向閥補(bǔ)償。本文中介紹一種具有三個(gè)油口的液壓泵,兩個(gè)油口分別和差動(dòng)缸的兩腔直接連接,第三個(gè)油口和油箱連接,根據(jù)被控差動(dòng)缸兩腔的容積比分配三個(gè)油口的流量,可以自動(dòng)平衡差動(dòng)缸兩腔的不對(duì)稱(chēng)流量,實(shí)現(xiàn)用一個(gè)液壓泵直接控制差動(dòng)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(duì)變量液壓泵進(jìn)行研究,從斜盤(pán)式軸向柱塞泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)開(kāi)始進(jìn)行理論分析研究,建立斜盤(pán)式軸向柱塞泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)方程,在仿真軟件SimulationX中搭建斜盤(pán)式軸向柱塞泵的仿真模型,通過(guò)仿真研究對(duì)斜盤(pán)式軸向柱塞泵的變量特性和配流特性進(jìn)行研究。又針對(duì)串聯(lián)三油口軸向柱塞泵的流量壓力脈動(dòng)特性進(jìn)行仿真研究,為降低脈動(dòng)量,對(duì)配流盤(pán)減振結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),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(dòng)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(dòng)缸不對(duì)稱(chēng)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(dòng)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(dòng)缸系統(tǒng)三種類(lèi)型,由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)缸系統(tǒng)發(fā)展最為快速和成熟。論文針對(duì)三種類(lèi)型的泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)分別進(jìn)行了闡述,重點(diǎn)對(duì)定轉(zhuǎn)速變排量型和變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)進(jìn)行理論分析、建模仿真和實(shí)驗(yàn)研究。泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)其實(shí)就是對(duì)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(duì)排量和轉(zhuǎn)速同時(shí)控制,相對(duì)另外兩種泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)多了一個(gè)控制自由度,具有更好的控制性能。但是同時(shí)增加了控制系統(tǒng)的復(fù)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(dòng)態(tài)分析帶來(lái)了很大的難度。為簡(jiǎn)化問(wèn)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(shí)將排量控制信號(hào)同時(shí)疊加在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制信號(hào)上,實(shí)現(xiàn)排量轉(zhuǎn)速的復(fù)合控制,提高了動(dòng)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(dòng)缸系統(tǒng)仿真模型,用仿真的手段研究分析動(dòng)態(tài)特性。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,結(jié)果表明變轉(zhuǎn)速變排量復(fù)合控制差動(dòng)缸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度明顯快于定轉(zhuǎn)速變排量泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)。 在控制策略上,分別對(duì)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(jī)理進(jìn)行分析,提出針對(duì)泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)的具有負(fù)載力補(bǔ)償?shù)奈恢茫俣葟?fù)合伺服策略,通過(guò)加載試驗(yàn)測(cè)量,擬合出負(fù)載力補(bǔ)償量計(jì)算模塊,將力補(bǔ)償量控制信號(hào)疊加在位置伺服控制信號(hào)中,解決了負(fù)載力擾動(dòng)問(wèn)題。通過(guò)設(shè)計(jì)速度前饋模型和切換開(kāi)關(guān)參數(shù)成功實(shí)現(xiàn)位置反饋和速度前饋復(fù)合控制的無(wú)擾切換。 為驗(yàn)證理論研究,搭建物理試驗(yàn)臺(tái),對(duì)定轉(zhuǎn)速變排量型和變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動(dòng)缸系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試,同時(shí)還測(cè)試變轉(zhuǎn)速變排量型泵控差動(dòng)位置／速度復(fù)合伺服時(shí)系統(tǒng)的速度和位置曲線,表明采用這種復(fù)合伺服策略可有效控制活塞桿的運(yùn)行平穩(wěn)性和位置的精確性。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了理論和仿真研究的正確性,為泵控差動(dòng)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(duì)閥控系統(tǒng)中存在的液壓沖擊現(xiàn)象進(jìn)行研究,以煉鋼高爐扒渣機(jī)扒渣大臂液壓系統(tǒng)為研究對(duì)象,分析現(xiàn)有常見(jiàn)的被動(dòng)式緩沖方法,提出主動(dòng)變阻尼緩沖方法。通過(guò)仿真分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),所提出的主動(dòng)變阻尼緩沖方法可有效降解液壓沖擊。
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【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】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH137

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2355109