本文關(guān)鍵詞： 脈動(dòng) 電液比例泵 配流結(jié)構(gòu) 變頻控制 節(jié)能　出處：《太原理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：電液動(dòng)力源由電動(dòng)機(jī)和液壓泵組成,是為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力的裝置。液壓泵是電液動(dòng)力源的核心部件,主要有柱塞泵、齒輪泵和葉片泵等。軸向柱塞泵與其它液壓泵相比較,具有壓力高、效率高、壽命長(zhǎng)、變量方便易于控制等優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)作為電液動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源,變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和工業(yè)的高速發(fā)展,對(duì)電液動(dòng)力源節(jié)能要求越來(lái)越高。電液動(dòng)力源通過(guò)優(yōu)化軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)降低脈動(dòng)、噪聲和提高容積效率,通過(guò)變轉(zhuǎn)速降低電液動(dòng)力源能耗。另外,在工程應(yīng)用中液壓系統(tǒng)需要兩個(gè)獨(dú)立液壓動(dòng)力源時(shí),根據(jù)需求改變柱塞泵結(jié)構(gòu),進(jìn)行重新設(shè)計(jì)加工,研制兩個(gè)獨(dú)立輸出流量的軸向柱塞泵,將驅(qū)動(dòng)源變成一個(gè),大大降低了驅(qū)動(dòng)源能耗。本學(xué)位論文通過(guò)優(yōu)化軸向柱塞泵配流結(jié)構(gòu)提高容積效率、變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)比例恒壓泵降低動(dòng)力源能耗、設(shè)計(jì)研制雙排量輸軸向柱塞泵減少驅(qū)動(dòng)源,降低電液動(dòng)力源能耗幾部分內(nèi)容展開(kāi)研究,目的使電液動(dòng)力源能耗能夠進(jìn)一步降低,同時(shí)該學(xué)位論文得到國(guó)家自然基金項(xiàng)目課題(51575374和50775156)的資助。為了降低電液動(dòng)力源能耗,從建模分析、仿真運(yùn)算、試驗(yàn)測(cè)試三個(gè)步驟進(jìn)行研究。以軸向柱塞泵理論分析為起點(diǎn),利用MATLAB軟件對(duì)配流面積進(jìn)行程序設(shè)計(jì),在AMESim軟件平臺(tái)建立柱塞泵仿真模型,通過(guò)試驗(yàn)方法驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性,并對(duì)變轉(zhuǎn)速變排量組合下電液動(dòng)力源能耗進(jìn)行研究。在此基礎(chǔ)上構(gòu)造變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)比例恒壓泵電液動(dòng)力源,以理論研究和仿真模型結(jié)論為指導(dǎo),構(gòu)建試驗(yàn)臺(tái)。由變頻異步電機(jī)和伺服電機(jī)分別為驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)比例恒壓泵實(shí)現(xiàn)壓力、流量復(fù)合控制,在保壓狀態(tài)、非工作周期壓力卸荷狀態(tài)、恒壓狀態(tài),通過(guò)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速能耗大大降低。進(jìn)一步設(shè)計(jì)獨(dú)立雙排油柱塞泵模型,對(duì)其仿真、試制、試驗(yàn),成功研制雙排油柱塞泵,性能可以代替雙聯(lián)泵,減少驅(qū)動(dòng)源,使驅(qū)動(dòng)源能耗降低,液壓回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。本學(xué)位論文主要分以下幾部分:第一章介紹了論文立項(xiàng)背景,綜述變排量、變轉(zhuǎn)速、變結(jié)構(gòu)三種情況下電液動(dòng)力源節(jié)能的研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了配流結(jié)構(gòu)對(duì)軸向柱塞泵脈動(dòng)的影響,通過(guò)改變配流結(jié)構(gòu)使電液動(dòng)力源能耗進(jìn)一步降低。第二章以單柱塞模型、變量機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型、運(yùn)動(dòng)副泄漏模型為基礎(chǔ),建立了軸向柱塞泵仿真模型,進(jìn)行了壓力脈動(dòng)測(cè)試,研究表明:輸出流量變化一致時(shí),變轉(zhuǎn)速壓力脈動(dòng)變化率小于變排量;變轉(zhuǎn)速和變排量組合控制,高轉(zhuǎn)速小排量泵輸出壓力脈動(dòng)小。第三章以變頻器、三相交流電機(jī)和比例恒壓泵構(gòu)造新的電液動(dòng)力源,進(jìn)行仿真和試驗(yàn),能耗試驗(yàn)表明,在保壓狀態(tài),電機(jī)轉(zhuǎn)速由1500 r/min下降到300 r/min,系統(tǒng)能耗降低3 k W;在非工作周期處于壓力卸荷狀態(tài),轉(zhuǎn)速由1500 r/min下降到300 r/min系統(tǒng)能耗僅為原來(lái)的31%;在恒壓模式,變轉(zhuǎn)速和變排量組合下,電機(jī)轉(zhuǎn)速由1500 r/min下降到450 r/min,能耗降低3k W。針對(duì)變速異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的問(wèn)題,提出在主回路增設(shè)蓄能器的方法,并將其高壓油液分別引入液壓泵吸油口和排油口,輔助驅(qū)動(dòng)液壓泵加速起動(dòng)和制動(dòng)的解決方案。扭矩助力提升,使變速異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)間由原來(lái)的1 s縮短到0.2 s,停止時(shí)間由原來(lái)的1.2 s縮短到0.7 s。經(jīng)過(guò)仿真和試驗(yàn)研究,該動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)壓力-流量復(fù)合控制、功率控制、響應(yīng)快、能效高。閉環(huán)控制使系統(tǒng)流量在壓力負(fù)載擾動(dòng)下,流量精度誤差不超過(guò)0.5%。第四章以伺服電機(jī)和比例恒壓泵構(gòu)造電液動(dòng)力源,該動(dòng)力源主要應(yīng)用在控制精度高、小功率的液壓系統(tǒng)中。由于伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn),使系統(tǒng)流量控制精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行比例-微分閉環(huán)控制,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,超調(diào)小,抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償流量控制精度誤差不超0.2%,利用比例恒壓泵和變轉(zhuǎn)速的組合,降低轉(zhuǎn)速能耗較恒定轉(zhuǎn)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源下降30%。第五章雙泵液壓動(dòng)力源系統(tǒng)復(fù)雜,兩排油口流量輸出實(shí)現(xiàn)同步連續(xù)變化存在問(wèn)題,提出在原軸向柱塞泵模型基礎(chǔ)上,更改配流結(jié)構(gòu),將其配流盤(pán)腰形槽排油環(huán)為內(nèi)、外環(huán)并聯(lián)腰形槽,吸油環(huán)為單腰形槽組成的雙排油輸出配流盤(pán)結(jié)構(gòu)。以仿真模型為基礎(chǔ),優(yōu)化配流結(jié)構(gòu),分析了雙排油柱塞泵結(jié)構(gòu)的可行性。進(jìn)一步以A10VSO-45軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)為參考,對(duì)配流結(jié)構(gòu)、吸排油口結(jié)構(gòu)、端蓋等相應(yīng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì),樣機(jī)試制進(jìn)行試驗(yàn),在壓力脈動(dòng)、容積效率、噪聲等級(jí)幾方面優(yōu)于原參考軸向柱塞泵的性能,作為驅(qū)動(dòng)源,可作為雙聯(lián)泵使用,體積變小,簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了高效節(jié)能的目標(biāo)。第六章總結(jié)全文,指出文中創(chuàng)新點(diǎn),展望后續(xù)研究?jī)?nèi)容。
[Abstract]:An electro - hydraulic power source is composed of electric motor and hydraulic pump . It is the core component of electro - hydraulic power source , which is composed of plunger pump , gear pump and vane pump . In chapter 1 , the paper introduces the research status of the energy saving of electro - hydraulic power source under three conditions of variable displacement , variable rotation speed and variable structure . In this paper , the characteristics of high precision and high precision are applied in the hydraulic system with high control precision and low power . The system has high control precision and high dynamic response due to the fast output dynamic response of the servo motor .

【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】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH137.51

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