液压功率封闭系统设计及加载特性研究

论文摘要

对机械传动部件或系统进行加载试验是确保其性能的重要生产环节。实验室常采用开放功率式加载方式,由于加载的能量只能以热量的形式耗散,这不但导致能量消耗大,有时还不满足实际的负载工况要求(如液压马达的试验)；而对于一些大功率的传动系统来说(如风电齿轮箱),受功率输入和耗散的限制,进行加载试验或寿命试验几乎是不可能的。为此,必须采用功率回收的方式来进行加载试验。功率回收也称功率封闭,机械功率封闭、电功率封闭和液压功率封闭是其主要的三种形式。和前两种相比,液压功率封闭具有结构简单,布置灵活,通用性强,动态加载方便等优点,必将成为功率封闭传动试验台的主要形式。目前,国内对液压功率封闭的组成结构、工作原理以及调节特性等研究还处于起步阶段,在加载扭矩的建立和调节,以及系统功率回收效率的提高等方面尚存在一系列的技术问题亟待解决。因此,对液压功率封闭进行研究具有十分重要的实际意义。本文主要对液压功率封闭的基本原理以及工作特性进行了详细理论分析与实践研究,力求为其进一步深入地研究提供较有价值的理论指导,完成的工作主要有几下几个方面：1.综述了液压功率封闭的基本理论。基于现有的研究成果,对液压功率封闭的类型、工作原理以及结构特点等进行了系统地总结,对液压功率封闭系统扭矩的建立、压力的调节等主要技术问题进行了全面地分析,并明确了液压功率封闭系统的设计原则和方法。2.设计液压功率封闭系统方案。机械补偿和液压补偿是液压功率封闭两种主要的类型,在组成结构和调节特性等方面各具特点。为对液压功率封闭进行系统的研究,分别设计了机械补偿型和液压补偿型两种系统方案,并对系统的流量匹配、扭矩匹配以及能量回收效率等工作特性进行了详细的计算分析。3.建立了系统的仿真模型,进行动态的仿真研究。采用功率键合图法和MATLAB软件的Simulink工具箱建立系统相对应的仿真模型,通过代入仿真参数,对系统的各种可能工况进行动态的仿真研究。4.搭建液压功率封闭实验台。通过对加载调节特性以及能量回收效果等进行实验,进一步验证液压功率封闭理论的正确性与可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究背景
• 1.2.1 液压传动技术的发展概况
• 1.2.2 传动试验技术的应用与发展
• 1.3 功率封闭系统的研究现状
• 1.3.1 机械功率封闭系统概述
• 1.3.2 电功率封闭系统概述
• 1.3.3 功率封闭系统的国内外研究现状
• 1.4 液压功率封闭系统的研究现状
• 1.4.1 液压功率封闭系统的现状及问题
• 1.4.2 液压功率封闭系统的发展趋势
• 1.5 课题的选题目的、意义及研究的主要内容
• 1.5.1 选题目的及意义
• 1.5.2 主要内容
• 第二章 液压功率封闭系统分析
• 2.1 液压功率封闭系统概述
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 类型及结构特点
• 2.1.3 液压功率封闭系统的优点
• 2.2 液压功率封闭系统的特性分析
• 2.2.1 扭矩的建立
• 2.2.2 调节特性分析
• 2.2.3 振动特性分析
• 2.2.4 工况的适应性分析
• 2.3 液压功率封闭系统的设计原则与方法
• 2.3.1 现有液压功率封闭系统的特点
• 2.3.2 设计原则
• 2.3.3 设计方法与步骤
• 2.4 本章小节
• 第三章 液压功率封闭系统设计及特性分析
• 3.1 机械补偿液压功率封闭系统方案设计
• 3.1.1 系统组成
• 3.1.2 工作原理
• 3.1.3 结构特点
• 3.2 机械补偿液压功率封闭系统的工作特性分析
• 3.2.1 流量匹配要求
• 3.2.2 扭矩匹配要求
• 3.2.3 扭矩特性分析
• 3.2.4 功率回收效率
• 3.3 液压补偿液压功率封闭系统方案设计
• 3.3.1 系统的组成
• 3.3.2 工作原理
• 3.3.3 结构特点及优势
• 3.4 液压补偿液压功率封闭系统的工作特性分析
• 3.4.1 流量匹配要求
• 3.4.2 扭矩特性分析
• 3.4.3 压力调节特性
• 3.4.4 功率回收效率
• 3.5 液压功率封闭系统的应用与推广
• 3.5.1 液压功率封闭系统两种类型的比较
• 3.5.2 液压功率封闭系统的应用
• 3.6 本章小节
• 第四章 液压功率封闭系统的建模与仿真
• 4.1 液压系统的建模仿真理论
• 4.1.1 建模软件简介-功率键合图法（Power Bond Graph）
• 4.1.2 仿真软件简介-MATLAB软件Simulink工具箱
• 4.1.3 功率键合图的基本理论
• 4.2 机械补偿液压功率封闭系统数学模型的建立
• 4.2.1 主要液压元器件的功率键图
• 4.2.2 功率键合图模型
• 4.2.3 数学模型
• 4.3 机械补偿液压功率封闭系统仿真模型的建立
• 4.3.1 模型转换-控制方块图模型
• 4.3.2 Simulink仿真模型
• 4.3.3 仿真模型参数的确定
• 4.4 液压补偿液压功率封闭系统数学模型的建立
• 4.4.1 功率键合图模型
• 4.4.2 数学模型
• 4.5 液压补偿液压功率封闭系统仿真模型的建立
• 4.5.1 模型转换-控制方块图模型
• 4.5.2 Simulink仿真模型
• 4.5.3 仿真模型参数的确定
• 4.6 系统仿真及结果分析
• 4.6.1 机械补偿液压功率封闭系统仿真及其结果分析
• 4.6.2 液压补偿液压功率封闭系统仿真及其结果分析
• 4.7 本章小节
• 第五章 液压功率封闭系统实验分析
• 5.1 实验目的及内容
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验内容
• 5.2 实验平台的搭建
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验台的搭建
• 5.3 实验步骤及结果分析
• 5.3.1 恒转速变排量试验及结果分析
• 5.3.2 定排量变转速试验及结果分析
• 5.3.3 实验结论
• 5.4 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果