恒功率变量泵的特性研究

论文摘要

挖掘机工作中要完成回转、斗杆、动臂、铲斗、行走等动作,而且工作环境复杂恶劣,工作时功率很大。为了有效的利用发动机功率及提高工作性能,其液压系统广泛采用恒功率变量泵。变量泵的特性是关系控制系统品质的一个重要标准,为了对变量泵进行优化,需要分析变量泵元件参数对其特性的影响。通过建立变量泵合理的数学模型,并利用MATLAB/SIMULINK进行动态仿真,可以直观地研究变量泵的特性。该方法可以给设计者提供指导依据、缩短开发周期、节省大量的人力、物力和财力,在液压元件的开发中会得到越来越广泛的应用。本文以在工程机械中得到广泛应用的集成多种变量方式的变量泵作为研究对象。第一部分,介绍了原有产品的总功率控制、变功率控制及负流量控制三种控制方式的动作原理;推导出了其控制压力—流量计算公式,重点分析了弹簧参数对变量泵静态特性的影响。第二部分,在对变量机构进行合理简化后,分别建立总功率控制和负流量控制的动态数学模型;利用MATLAB/SIMULINK搭建了系统的仿真框图,对仿真结果进行分析,得出系统响应的优缺点;改变机构主要元件参数进行仿真,分析了主要元件参数对动态响应的影响。最后,利用MATLAB优化工具箱,根据切比雪夫定理,完成恒功率变量大、小弹簧刚度、大弹簧初始压缩量及大、小弹簧间距值的优化;根据伺服系统的功率匹配理论,探讨了伺服阀杆配流圆孔直径和伺服柱塞大端直径的选取依据。通过上述几个方面的分析,得出了变量机构主要元件参数对变量泵特性的影响规律,探讨了变量机构设计的依据,对恒功率变量泵的开发起到一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 恒功率变量柱塞泵研究现状
• 1.2.1 恒功率控制方式概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的内容与目标
• 第2章 恒功率变量泵的静态特性分析
• 2.1 变量泵工作原理
• 2.1.1 斜盘式轴向柱塞变量泵工作原理
• 2.1.2 变量泵控制方式
• 2.2 静态特性分析
• 2.2.1 总功率控制
• 2.2.2 负流量控制
• 第3章 系统数学模型的建立
• 3.1 主要参数计算
• 3.1.1 伺服阀阀口面积梯度
• 3.1.2 变量阻力系数
• 3.2 总功率控制动态数学模型
• 3.2.1 连杆部分
• 3.2.2 阀控缸部分
• 3.2.3 动态数学模型
• 3.3 负流量控制动态数学模型
• 3.3.1 连杆部分
• 3.3.2 阀控缸部分
• 3.3.3 动态数学模型
• 第4章 动态特性的计算与分析
• 4.1 仿真方框图建立及 M文件编写
• 4.1.1 MATLAB/SIMULINK工具箱简介
• 4.1.2 动态特性评价指标
• 4.1.3 总功率控制仿真框图建立及 M文件编写
• 4.1.4 负流量控制仿真框图建立及 M文件编写
• 4.2 总功率控制动态特性分析
• 4.2.1 初始参数下总功率控制动态特性
• 4.2.2 机构参数对总功率控制动态特性影响
• 4.3 负流量控制动态特性分析
• 4.3.1 初始参数下负流量控制动态特性
• 4.3.2 机构参数对负流量控制动态特性影响
• 4.4 动态分析结论
• 第5章 变量机构主要参数优化
• 5.1 恒功率弹簧参数的优化
• 5.1.1 基本方程式求解
• 5.1.2 最佳直线方程求解
• 5.1.3 转折点优化
• 5.2 变量机构功率匹配设计
• 5.2.1 负载假设及负载轨迹
• 5.2.2 三通滑阀的输出功率
• 5.2.3 功率匹配
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 总功率控制仿真计算参数
• 附录B 负流量控制仿真计算参数
• 附录C 优化程序
• 攻读硕士学位期间发表的论文