125MN挤压机动梁速度控制系统研究

论文摘要

125MN挤压机是我国目前最大的卧式挤压机之一,是国防工业和基础建设的重要设备。其速度控制技术是它的关键技术之一。动梁驱动系统采用泵-蓄势站传动,工作介质是水,系统流量大,动梁速度控制系统载荷瞬变、惯性巨大,是一个复杂的机电液耦合系统;125MN挤压机速度控制主要采用节流阀调节进入工作缸的水的流量,由于原有节流系统采用自整角机随动及传动链过长,阀的稳定性差,阀杆位移存在漂移,而且整个系统是一个开环系统,控制精度不高;因此,本文以动梁速度控制系统为研究对象,围绕其控制机理、动态响应特性以及试验等进行了研究,为同类速度控制提供技术基础。论文的主要研究内容和结论如下:（1）分析国内外挤压机动梁速度控制技术及液压系统特性研究的现状和发展趋势,分析了动梁速度控制工作原理,控制目标,提出了“油缸+齿轮齿条机构+凸轮机构+转角位移检测装置”驱动形式控制分配阀芯的开启度;针对系统调速范围大的特点,采用大、小节流阀分段调速,提出了以电液比例阀为先导阀的水节流阀阀芯位置控制策略。（2）采用状态空间法分别对先导比例流量阀、节流阀的数学模型进行分析,并建立了上述主要元件的数学模型。进而建立了仿真模型,得出了节流阀阀芯位移的阶跃响应特性曲线。由响应曲线图可看出系统对阶跃信号的响应的时间在0.8s左右,超调量为3.6%左右。（3）采用解析法,建立挤压时的水路系统动力学方程和动梁动力学方程,并建立动梁的驱动系统动态模型。建立了动梁速度控制系统的仿真模型,得出了相同负载不同开度下的动梁速度阶跃响应特性仿真曲线和同一开度不同负载下的动梁速度响应特性仿真曲线。并分析了动梁速度动态响应特性和影响因素。在开启度为40mm时,挤压速度响应时间约为0.8s;对125MN挤压机动梁速度控制策略进行了研究,为了得到稳定的挤压速度,将PID闭环控制技术应用于系统速度控制上。（4）对节流阀阀芯位移动态特性进行了实验研究,得出了节流阀阀芯位移动态响应特性曲线,可知节流阀阀芯位移对阶跃信号的响应时间在1.0s左右,几乎无超调。对挤压机动梁速度动态特性进行了实验研究,得出了挤压速度实际动态响应特性曲线,动梁挤压速度响应时间大约在2.5s左右,由于负载变化使挤压速度在挤压初期围绕设定速度有一定的波动,但是振幅在0.8mm/s以内,超调量在6.4%以内,指出了影响挤压速度不稳定的主要因素,并提出了今后的研究工作方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 挤压机的技术现状及发展趋势
• 1.2.1 国内外大型铝挤压机的技术现状
• 1.2.2 挤压机的发展趋势
• 1.3 挤压机的动力系统研究概况
• 1.3.1 泵直接传动
• 1.3.2 泵-蓄势器传动
• 1.3.3 125MN挤压机动力系统的研究
• 1.4 挤压机动梁速度控制技术的研究概况
• 1.4.1 国内外大型铝挤压机动梁速度控制技术的现状
• 1.4.2 挤压机动梁速度控制发展趋势
• 1.5 本文研究内容及关键技术
• 1.5.1 本课题研究的内容和方法
• 1.5.2 研究关键技术
• 第二章 125MN挤压机速度控制系统的整体构成和工作原理分析
• 2.1 挤压机工作原理及速度控制系统控制目标
• 2.2 原有动梁驱动及速度控制系统的特点
• 2.3 改造后动梁驱动及速度控制系统的总体构成
• 2.4 水路主控制分配系统
• 2.4.1 水路主控制分配系统控制原理
• 2.4.2 水路主控制分配系统对挤压机动作的实现方式
• 2.4.3 水路主控制分配系统在挤压速度控制中的作用
• 2.5 节流调速系统
• 2.5.1 节流阀流量控制原理
• 2.5.2 节流阀流量特性分析
• 2.5.3 节流系统液压原理图
• 2.6 本章小结
• 第三章 水节流阀阀芯位置控制与仿真
• 3.1 水节流阀阀芯位置控制策略
• 3.2 节流系统主要元件结构原理
• 3.2.1 先导比例流量阀的结构原理
• 3.2.2 研制水节流阀的关键技术
• 3.2.3 节流阀结构原理
• 3.3 先导比例阀数学模型建立
• 3.4 节流阀数学模型建立
• 3.5 节流阀阀芯位移响应动态仿真
• 3.5.1 系统仿真概述
• 3.5.2 节流阀阀芯位移动态响应特性仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 125MN挤压机速度控制系统建模与仿真
• 4.1 125MN挤压机速度控制系统建模概述
• 4.1.1 状态空间建模
• 4.1.2 125MN挤压机速度控制系统建模特点
• 4.2 主要参数的确定
• 4.3 工作缸数学模型
• 4.3.1 工作缸的组成
• 4.3.2 工作缸的数学模型建立
• 4.4 动梁速度挤压行程数学模型
• 4.5 125MN挤压机动梁速度控制系统动态仿真
• 4.6 动梁速度控制策略的研究
• 4.7 本章小结
• 第五章 125MN挤压机速度控制系统实验研究
• 5.1 实验内容
• 5.2 实验系统硬件平台
• 5.3 主要元件及仪表性能参数
• 5.4 速度控制系统调试软件设计
• 5.4.1 速度控制系统调试程序设计说明
• 5.4.2 速度控制实验系统程序流程图设计
• 5.4.3 PID软件控制功能块
• 5.5 节流阀流量特性实验
• 5.5.1 实验目的
• 5.5.2 实验条件
• 5.5.3 实验步骤
• 5.5.4 实验结果分析
• 5.6 节流阀阀芯位移动态特性实验
• 5.6.1 实验目的
• 5.6.2 实验条件
• 5.6.3 试验步骤
• 5.6.4 实验结果分析
• 5.7 动梁速度动态特性试验
• 5.7.1 实验目的
• 5.7.2 实验条件
• 5.7.3 实验步骤
• 5.7.4 实验结果分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果