【摘要】：電液配流系統(tǒng)由于具有體積小、功率密度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活、工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用在化工流體機(jī)械、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門、數(shù)字配流泵/馬達(dá)、液壓沖擊機(jī)械等需要流體輸送控制的工業(yè)領(lǐng)域。流體輸送機(jī)械作為工業(yè)生產(chǎn)流程的“心臟”,其配流系統(tǒng)的性能很大程度上影響著主機(jī)和工藝的穩(wěn)定性和能耗,同時(shí),隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的提高,對(duì)流體機(jī)械的工作效率、噪聲及工作壽命的要求也越來越高,開展電液配流系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究是十分重要和迫切的,如何設(shè)計(jì)高性能、高效率的配流系統(tǒng)從而提升主機(jī)的性能也成為了行內(nèi)研究的熱點(diǎn)課題。目前,國內(nèi)的相關(guān)研究開展較晚,成熟的電液配流系統(tǒng)大多從國外進(jìn)口,價(jià)格十分昂貴,而基礎(chǔ)的零部件及相關(guān)機(jī)加工技術(shù)對(duì)我國實(shí)行技術(shù)封鎖,進(jìn)行二次產(chǎn)品開發(fā)較為困難。因此,開展電液配流系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論研究,研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電液配流產(chǎn)品,將有助于大幅提升我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平,更好地滿足國內(nèi)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。 本文的研究對(duì)象為高速大流量電液配流系統(tǒng),通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)計(jì)算、建模仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法,深入詳細(xì)研究了電液配流系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。通過建立電液執(zhí)行器數(shù)學(xué)模型,分析了影響電液執(zhí)行器動(dòng)作延遲特性的因素,提出高響應(yīng)電液執(zhí)行器的設(shè)計(jì)原則。基于提高電液執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)流量的基本思路,提出雙高速開關(guān)閥并聯(lián)式和先導(dǎo)式的新型執(zhí)行器結(jié)構(gòu),并通過參數(shù)優(yōu)化研究,將先導(dǎo)式電液執(zhí)行器的開啟和關(guān)閉延遲時(shí)間控制在20ms以內(nèi)。通過對(duì)電液配流過程負(fù)載運(yùn)動(dòng)特性的分析,提出一種雙向高速液壓緩沖的新型結(jié)構(gòu),理論計(jì)算及試驗(yàn)表明在該液壓緩沖作用下的負(fù)載沖擊速度大大降低,配流系統(tǒng)的工作可靠性得到大幅提高。為實(shí)現(xiàn)電液配流系統(tǒng)研究的工業(yè)化應(yīng)用,將新型電液配流系統(tǒng)應(yīng)用在往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)裝置中,研究了動(dòng)態(tài)氣體力作用過程下的電液配流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,開發(fā)了壓縮機(jī)電液配流系統(tǒng)樣機(jī),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明電液配流壓縮機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了排氣量的無級(jí)調(diào)節(jié),氣量調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)無沖擊,壓縮機(jī)排氣壓力波動(dòng)小于0.2bar。 現(xiàn)將各章內(nèi)容分述如下： 第一章,簡(jiǎn)單介紹了配流系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、工程背景及研究?jī)r(jià)值；詳細(xì)闡述了高速大流量電液配流系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)中的應(yīng)用背景及技術(shù)現(xiàn)狀,對(duì)比總結(jié)了常見的電液配流系統(tǒng)技術(shù)方案并重點(diǎn)指出了高速開關(guān)配流方案的特點(diǎn)；分析了高速電液執(zhí)行器、高速開關(guān)閥、高速液壓緩沖等高速大流量電液配流關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展,本章最后總結(jié)了課題的研究意義及主要研究?jī)?nèi)容。 第二章,根據(jù)電液配流系統(tǒng)應(yīng)用工況提出高速電液執(zhí)行器的性能指標(biāo),介紹了電液執(zhí)行器的常見結(jié)構(gòu)及工作原理,基于高速開關(guān)閥控液壓缸的物理模型搭建了電液執(zhí)行器的基本數(shù)學(xué)模型,仿真分析了主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)電液執(zhí)行器動(dòng)作延遲特性的影響。基于理論分析結(jié)果提出兩種不同結(jié)構(gòu)的新型高速電液執(zhí)行器,分別建立雙高速開關(guān)閥并聯(lián)式和先導(dǎo)式電液執(zhí)行器的理論分析模型,對(duì)比研究?jī)煞N不同類型電液執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性。最后,基于電液執(zhí)行器結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析結(jié)果,提出高速電液執(zhí)行器的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論。 第三章,分析高速電液配流系統(tǒng)的工作特性,并提出液壓緩沖的性能參數(shù)要求。根據(jù)高速、短行程的負(fù)載特性提出高速液壓緩沖的結(jié)構(gòu)方案,詳細(xì)闡述了其工作原理,并通過數(shù)學(xué)計(jì)算確定了高速液壓緩沖的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過建立雙向緩沖的數(shù)學(xué)模型,深入開展了氣閥開啟和關(guān)閉過程中的動(dòng)態(tài)緩沖特性研究。本章最后總結(jié)了雙向液壓緩沖的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 第四章,闡述了高速大流量電液配流系統(tǒng)的工作原理,介紹了高速大流量電液配流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,其次根據(jù)系統(tǒng)物理模型,推導(dǎo)考慮動(dòng)態(tài)力作用下的電液配流系統(tǒng)氣閥運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)學(xué)模型,并在AMESim與Matlab平臺(tái)下搭建了電液配流系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型,基于仿真模型對(duì)電液配流系統(tǒng)的參數(shù)可控性、閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行仿真研究,評(píng)估關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響,從而為電液配流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。最后,搭建動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)對(duì)電液配流系統(tǒng)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證仿真模型的正確性并為進(jìn)一步完善電液配流系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。 第五章,介紹了高速大流量電液配流系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)技術(shù)中的應(yīng)用情況,闡述了往復(fù)式壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)裝置的組成,指明了氣量調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的性能參數(shù),結(jié)合壓縮機(jī)氣量無級(jí)調(diào)節(jié)的技術(shù)要求,設(shè)計(jì)了一套高速大流量電液配流系統(tǒng)的工業(yè)樣機(jī),搭建了由上位機(jī)、下位機(jī)、止點(diǎn)傳感器、通訊模塊等組成的控制系統(tǒng)。在中國石化天津煉油廠加氫裂化氫氣壓縮機(jī)上開展了工業(yè)試驗(yàn)研究,試驗(yàn)結(jié)果表明氣量調(diào)節(jié)裝置的節(jié)能效果十分顯著。 第六章,對(duì)本文開展的主要研究工作和成果進(jìn)行總結(jié),并進(jìn)一步展望今后的研究工作和研究方向。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2689825