柱塞泵总功率与负流量控制分析

论文摘要

液压挖掘机是一种高效的工程机械,已广泛地应用于各个领域。液压传动作为其主要的动力传递方式,具有功率大、能耗高的特点。为降低能耗、提高效率以及机器寿命与可靠性,厂商对挖掘机液压系统进行了深入研究,并研制出多种控制机构和方法。其中,总功率与负流量控制能够有效地防止发动机过载、提高系统效率,已经成为挖掘机液压系统主流控制方式之一。恒功率控制由两条折线最佳逼近功率双曲线,近似实现恒功率。当双泵出口压力分别作用在两泵的载荷柱塞则构成总功率控制。负流量控制由多路阀压力检测单元导出的控制压力作用先导柱塞,使泵的输出流量与负载运动速度成正比、与控制压力成反比。控制系统由四部分组成：载荷柱塞、连杆机构、阀控缸以及斜盘。为得出载荷与先导柱塞、平衡弹簧以及连杆机构的结构参数计算方法,以泵的压力-流量曲线为基础推导得出对应的参数方程组。结果表明该方程组是一个欠约束方程组,给定不同的初始条件得到不同参数的结构。为选择和验证满足控制系统静态与动态特性要求的参数,用AMESim建立了总功率与负流量控制仿真模型,对柱塞面积、平衡弹簧弹性系数、弹簧初始压缩量等选取不同数值,得到对应参数系统的阶跃响应并比较分析了阶跃响应的上升时间、调节时间以及超调量的数值及变化规律,定性地得出参数变化时对系统动态特性的影响以作为控制机构参数甄选依据。伺服柱塞与换向阀参数直接影响整个系统的性能。首先分析了斜盘所受液压力矩,推导得出满足拖动要求时伺服柱塞腔最小面积。为分析换向阀输出流量,用正弦速度积分的方法得出满足响应时间条件时伺服柱塞的运动速度并与仿真结果对比。结果表明积分得出的速度与仿真结果存在10%～20%的偏差。由连杆机构推导得出理想反馈时阀芯位移,并与仿真得出的实时反馈阀芯位移进行比较。结果表明实时反馈阀芯位移为理想反馈阀芯位移的60%。将这些偏差值用于对计算结果修正,并依据换向阀最大流量以及阀芯位移分析了换向阀结构参数计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 恒功率控制
• 1.2.2 负流量控制
• 1.2.3 其他控制方式
• 1.2.4 发展趋势
• 1.3 研究内容与目标
• 第2章 总功率与负流量控制原理分析
• 2.1 总功率控制原理
• 2.1.1 载荷柱塞
• 2.1.2 总功率控制连杆机构
• 2.1.3 总功率控制压力流量关系
• 2.2 负流量控制原理
• 2.2.1 先导柱塞
• 2.2.2 负流量控制连杆机构
• 2.2.3 负流量控制压力流量关系
• 2.3 小结
• 第3章 控制系统数学与仿真模型
• 3.1 总功率控制数学模型
• 3.1.1 前向传递
• 3.1.2 反馈通道
• 3.1.3 执行机构
• 3.2 总功率控制仿真模型
• 3.2.1 控制框图
• 3.2.2 AMESim模型
• 3.3 负流量控制数学模型
• 3.4 负流量控制仿真模型
• 3.4.1 控制框图
• 3.4.2 AMESim模型
• 3.5 小结
• 第4章 控制系统机构分析
• 4.1 总功率控制机构分析
• 4.1.1 压力流量折线
• 4.1.2 载荷柱塞与连杆机构
• 4.1.3 动态特性分析
• 4.2 负流量控制机构分析
• 4.2.1 先导柱塞与连杆机构
• 4.2.2 动态特性分析
• 4.3 总功率与负流量联合控制
• 4.4 系统负载分析
• 4.4.1 斜盘所受力矩
• 4.4.2 柱塞液压力矩
• 4.5 伺服柱塞与换向阀
• 4.5.1 伺服柱塞
• 4.5.2 换向阀
• 4.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文