数字式液压元件与液压控制系统研究

论文摘要

随着当今电子技术、网络技术的迅速发展和日趋成熟,传统液压行业受到了一定的冲击,在液压行业中引入数字化控制和现场总线技术是目前液压行业自动化技术的发展趋势,国内外已有不少相关研究成果问世。鉴于此,我们提出了课题研究方向,继而对数字液压技术的发展状况进行了综述,决定实际开发一种基于现场总线的数字式液压泵。我们选定CCY14-1B伺服变量轴向柱塞泵为基体研究对象,在原有柱塞泵的基础上,采用步进电机作为数字变量机构的驱动源,讨论了步进电机与柱塞泵的联接方式,进行了传动装置的设计,使其变量机构由步进电机进行驱动,实现直接数字化控制变量,并对其控制器提出多种设计方案,就其中一种可编程序控制器方案进行了实际设计,只需编制不同的软件程序,就能实现不同的变量型式,可使一种泵同时具有恒压、恒功率等多种变量模式。论文的主要内容如下:第一章简要介绍了课题的研究背景及意义,概述了现场总线技术及其在液压领域的国内外应用情况,对数字液压技术的发展进行了分析与综述,并阐述了论文的主要研究内容。第二章对数字泵的数字变量机械传动装置进行了结构设计,对变量机构进行受力分析,并对传动装置中的主要螺旋传动进行机械设计计算,确定了各个零件的基本尺寸,并用三维软件SolidWorks 2006绘制了其三维图形及装配体。第三章对观察数字泵变量效果和试验数字泵多种变量模式用的液压系统进行了设计,确定了试验液压系统原理图,并完成了液压站的设计。第四章对数控变量泵的电气控制系统进行设计,就其变量控制器介绍了多种设计方案,并选择PLC控制器方案进行了实际开发,具体到电路接线原理图和系统中每种电气元件型号的确定。第五章搭建了对数字泵进行变量控制的实验平台,制作了相应的触摸屏组态画面,并介绍了手动、恒压、恒功率等变量模式的软件程序实现方法,结尾附有部分plc程序清单。第六章对所做研究工作进行了总结,指出创新点有哪些,并对后续工作提出了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 现场总线技术概述
• 1.3 数字化液压技术的发展趋势
• 1.3.1 数字液压控制系统
• 1.3.2 数字液压元件
• 1.3.3 小结
• 1.4 现场总线技术在液压领域的应用及国内外研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 数字泵变量机构的机械传动装置设计
• 2.1 设计任务
• 2.2 机械传动形式的选择及结构设计
• 2.3 柱塞泵变量机构的受力分析
• 2.3.1 理论受力分析
• 2.3.2 实测变量拉杆提升力结果
• 2.4 传动机构中的主要相关计算及各零件设计
• 2.4.1 滑动螺旋传动计算
• 2.4.2 轴承的选择及各零件尺寸的确定
• 2.5 小结
• 3 数控变量泵的液压系统设计
• 3.1 设计目的
• 3.2 试验液压系统原理设计
• 3.2.1 液压回路的确定
• 3.2.2 液压元件的选择
• 3.2.3 试验液压系统原理图
• 3.3 液压站的设计
• 3.3.1 液压泵组的安装方式
• 3.3.2 液压泵驱动电机的选择
• 3.3.3 油箱的设计
• 3.4 小结
• 4 数控变量泵的电气控制系统设计
• 4.1 设计任务
• 4.2 电动机的启停控制系统设计
• 4.3 数字变量机构驱动控制系统方案设计
• 4.3.1 单片机控制系统的方案设计
• 4.3.2 PLC控制系统的方案设计
• 4.4 PLC控制系统的具体设计
• 4.4.1 控制要求及控制系统组成
• 4.4.2 步进电机及其驱动器的选择
• 4.4.3 PLC和人机界面的选择
• 4.4.4 压力变送器的选择
• 4.4.5 控制系统电路原理图
• 4.5 小结
• 5 实验研究
• 5.1 实验装置硬件介绍
• 5.2 实验系统程序设计
• 5.2.1 数控变量泵的排量与输入脉冲信号的关系
• 5.2.2 组态画面的制作
• 5.2.3 PLC程序实现各变量模式
• 5.2.4 程序附图
• 6 总结与展望
• 6.1 总结与创新点
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目