自卸系统液压多缸同步电液控制研究机械设计制造及自动化毕业论文

《自卸系统液压多缸同步电液控制研究机械设计制造及自动化毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自卸系统液压多缸同步电液控制研究机械设计制造及自动化毕业论文（41页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 毕业设计论文 课题名称自卸系统液压多缸同步电液控制研究 课题来源生产实际 专 业机械设计制造及其自动化班 级T813-4学 号20210130704 学生姓名胡亮 指导教师赵国华 完成日期 2021年5月23日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承当。 学位论文作者签名：胡亮日期：2021年5 月 23日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校

2、有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密 ，在_年解密后适用本授权书。不保密。请在以上方框内打“学位论文作者签名：胡亮 指导教师签名： 日期：2021年 5月23日 日期： 年 月 日【摘要】汽车液压多缸自卸系统是应用在中大型工程自卸汽车上的车厢自动翻斗卸货系统，因载重量大一般大于10吨，所以一般要用两个以上的液压缸作为动力。为了解决多缸在规定误差内同步运动这一关键问题，以三缸的同步

3、运动作为研究案例，经过研究与计算，先确定符合要求的液压控制回路，然后再运用Matlab软件对液压回路进行建模与仿真分析，验证其可行性。经仿真得到的结果能够满足规定的要求翻转速度3m/min以上，同步精度0.1%以上。关键词：系统图 数学模型 仿真 同步运动【abstract】The multicylinder dump system of Automobile hydraulic is the compartments in the medium and large projects on the dump truck dump unloading system automatically ,

4、Because the loaded weight of a large( Typically greater than 10 tons )，Generally use two or more hydraulic cylinder as the driving force .In order to solve this critical issue for the synchronous movement of the multi-cylinder within the specified error ,Synchronous movement of the triplex as a case

5、 study ,After the study and calculation ,Firstly determining the hydraulic control circuit to meet the requirements ,Then using the Matlab software modeling and simulation analysis of the hydraulic circuit ,Verifying its feasibility .After the simulation results obtains to meet the requirements(Flip

6、 the speed 3m/min above , the synchronization accuracy of 0.1% ).Keywords：system diagram mathematical model simulation Synchronous movement目 录摘 要IAbstract1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义(1)1.2 课题的国内外研究现状(1)1.3 本课题研究的主要内容(3)2 液压系统方案的选择与确定2.1 概述(3)2.2 各详细方案的介绍(3)2.3 方案比照(5)2.4 小结(6)3 总体参数的选择与确定3.1 概述(6)3.2 总体参数的

7、选择与确定(6)(7)4 液压缸的选择4.1 液压缸选择概述(7)4.2 液压缸铰接位置点的优化与型号确实定(7)4.3 液压缸各参数确实定(9)4.4 小结(10)5 液压泵的选择5.1 液压泵选择概述(11)5.2 液压泵类型确实定(11)5.3 液压泵型号确实定(12)5.4 小结(12)6 其他阀类元件的选择6.1 阀类元件选择概述(13)6.2 电磁换向阀的型号与参数确实定(13)6.3 电磁调速阀的型号与参数确实定(14)6.4 减压阀的型号与参数确实定(14)6.5 小结(14)7 方案在MATLAB中的仿真7.1关于液压在MATLAB中仿真的概述(15)7.2载重模型确实定(1

8、5)7.3液压系统模块的建立(17)7.4液压动态结构图的建立(19)7.5 液压缸带负载的情况传递函数确实定(20)7.6电液比例调速阀传递函数确实定(22)7.7液压数学模型的建立(23)7.8小结(24)8 仿真结果的分析8.1 仿真结果分析概述(25)8.2 仿真结果分析(25)8.3 系统可行性分析(31)8.4 小结(32)9 结论与展望9.1 本文总结(32)9.2 将来展望(33)致 谢(34)参考文献(35)附 录1 1 绪 论1.1 本课题的来源、目的及意义本课题研究的来源汽车液压多缸自卸系统是应用在中大型工程自卸汽车上的车厢自动翻斗卸货系统，因载重量大一般大于10吨，所以

9、一般要用两个以上的液压缸作为动力。但是在使用多缸时，就存在同步控制问题。据某公司反映，当自卸汽车的液压系统存在严重的同步问题时，轻者会因受力不均衡出现明显的车厢变形，重者会出现车厢断裂的严重事故，因此实现多缸在规定的精度下的同步控制是本课题研究的目的。1.1.2 本课题研究的目的通过运用计算机仿真技术MATLAB软件，针对某公司生产的中大型工程自卸车的车厢自动翻斗卸货系统在进行翻转时存在的多缸不同步现象有时造成车厢变形，严重的会造成车厢体断裂，完成多缸同步液压电液系统的方案研究，用以指导存在多缸不同步现象的自卸车的生产实践，到达提高多缸同步的精度、获得更加优化的液压同步控制系统的目标。1.1.

10、3 本课题研究的意义基于某公司出现的中大型工程自卸车的车厢自动翻斗卸货系统不同步现象，通过指导老师介绍存在如下主要问题：1、 该公司生产的自卸液压油路系统过于简单，以至于都不能满足于根本的补偿功能；2、 该公司生产的自卸液压油路系统只是单一的供油系统，无反应系统；3、该公司生产的自卸液压油路系统控制的油缸不同步现象严重，远超出了规定的误差范围，有时载重量大的情况下，会造成车厢发生变形,甚至导致车厢体的断裂。基于上述原因，对液压油缸的同步问题的研究已势在必行。考虑到经济条件和现实条件，通过对整个设计过程运用计算机仿真的方式，不但能够缩短生产周期，降低制造本钱，提高加工精度，延长刀具寿命，建立或完

11、善贴近实际生产的虚拟模型系统，从而更大程度上提高仿真水平，获取更大的经济利益。1.2 课题的国内外研究现状 社会需求永远是推动技术开展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。 由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的开展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改良和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。1课题的国外

12、研究概况 第二次世界大战后，随着工业化水平的迅速提高以及电液伺服阀的出现，液压伺服系统得到了新的开展。它将电子控制和液压传动有机地结合起来，开辟了液压传动应用的新领域，液压技术在民用领域的应用范围日益广泛。 现代液压技术既源于传统的机械技术，又融合了控制理论、精密制造、新材料、自动化和智能化的检测、传感器以及信息技术等，其产品和系统通常表达为多种技术的融合与系统集成。尽管，以其他传动方式取代液压传动的研究从未停止过，但到目前为止，像数码产品在摄影领域完全取代胶片的“颠覆性革命，在液压领域还没有出现。 由于液压技术在装备制造业中发挥着关键作用以及其自身丰富的技术内涵，使得液压技术已成为衡量一个国

13、家工业化水平的重要标志之一。作为世界上装备制造业最兴旺的美、德、日等经济体，都有着液压强国的深刻背景。（2） 课题的国内研究概况 经过改革开放三十年开展，中国液压行业已形成门类根本齐全、具有较大规模和一定技术水平的产业体系，在装备制造业中具有不可替代的地位。液压行业开展步伐加快，自主化水平明显提高，已成为世界液压产品的制造大国之一。 1经济总量快速增长. 2001年2021年，中国液压产业工业总产值年均增速都在25以上，成为全球液压产业开展速度最快的国家。2007年，中国液压市场销售额约占全球液压市场销售总额的14，居美国和德国之后位列全球第三。取得这样的成绩，一方面是基于国内市场需求的迅猛增

14、长；另一方面是得益于国内液压产业产能的快速提高，在国际市场中低端产品领域的竞争中取得了优势。 2形成了多种成分并存的产业架构 经过数轮的重组、改制、兼并以及境外资金的进入，中国液压行业已形成了国有企业、民营企业、三资企业三足鼎立的格局。 3技术能力有所提高 结合国家重大工程工程建设，行业扎实推进自主化工程，为航空航天、船舶、大型水利工程、大型冶金设备、核电工程、奥运会工程等配套的液压元件及系统取得了有效突破。如四川长江液压件在北京华德液压的积极协助下，顺利完成了北京奥运会主火炬台和希望之塔的液压系统配套任务。 4中低端产品根本实现自主化 从液压产品的贸易情况可以看出，目前国内市场对进口的高端产

15、品需求量仍保持着两位数的增长速度；而中低端产品的出口那么保持平稳。据海关统计，2021年国内液压产品进口额约为21亿美元。以整个液气密行业为统计口径，2021年，进口额比上年增长了50。液气密全行业进出口逆差为22亿美元。 目前，国内液压市场的份额构成，在自主的65%份额中，有10%出口。1.3 本课题研究的主要内容 1、确定比拟合理的液压系统方案； 2、进行总体参数的设定； 3、液压元件型号与参数确实定； 4、在MATLAB软件环境下建模与仿真； 5、对仿真得到的结果进行分析，确定方案的可行性； 6、撰写论文。2 液压系统方案的选择与确定2.1 概述液压传动是机械传动的一种，但是现在的液压技

16、术越来越成熟，于是可以认为液压已经是区别于机械和电气的另一种传动了，就是人们通常说的机电液。对于一个问题的解决，一般可以有几种方案，我们所要做的就是找出最优化的方案。同样对于有液压系统参与的运动，液压系统本身同样也有多种方案，我们可以通过控制方式、经济、复杂性等方面的分析，确定最优化的方案。2.2 各详细方案的介绍多油泵无反应式多缸液压同步系统该液压系统的控制方式是每个定量泵控制一个液压缸。因为每个定量泵单位时间内泵出的流量相同，这样就可以保证各液压缸内流量的相同，到达同步的效果。然后每个液压回路上装上一个简易的的调速阀，用来调节回路中的流量，从而控制液压缸移动的速度。另外在各回路上加上减压阀

17、，来保证回路的平安。各个油路都是保持开环状态。控制回路如右图1所示; 图1该液压系统依旧是每个定量泵控制一个液压缸。除了有定量泵保证单位时间内泵入液压缸的流量相同外，我们还在液压缸活塞的末端上安装一个位移传感器，首先设置一个基准缸，其他的液压缸的动作都向基准缸看起，通过PLC处理各个液压缸的位移信号，假设是观察到某个液压缸运动的过快或过慢时，PLC就会发出相应的处理信号来控制该液压缸回路上的电磁换向阀开口的张大或缩小，从而更能准确的控制液压缸的位移运动。当然各个油路都会装有减压阀回路，用来保证整个液压回路的平安。 图2 每个液压回路都保持闭环状态。控制回路如右图2所示； 2.2.3 多油泵有反

18、应式多缸液压同步系统 该液压系统采用的是由一个油泵为三个液压缸输油的方式。油泵还是采用汽车普遍使用的定量泵，然后在回路上使用分流阀将油平均的分配到两个油箱中。当然此处是三个液压缸的情况，我们应该用两个分流阀，从而保证了输入三个液压缸的流量相同，到达三缸同步的作用。油路中的换向阀是控制整个液压系统方向的。最后在液压回路上装上有减压阀的减压回路，来保证液压回路的平安运转。每个液压回路都是保持开环状态。控制回路如右图3所示； 图32.2.4 单油泵有反应式多缸液压同步系统该液压系统采用的依然是一个油泵为三个液压缸输油的方式。定量泵可以控制整个液压系统总的供油量，然后在各个液压缸回路上装一流量传感器或

19、是在各个液压缸活塞的顶端装一位移传感器，用来检测各个液压缸的流量或是其单位时间内的位移量。在各个液压回路上都装有电磁比例调速阀，用以控制输入各个缸的流量。当然回路上的电磁换向阀是控制三个缸的总流量及液压缸的运动方向，回路上含有减压阀的减压回路是为了保证整个回路的平安运行。我们依旧是选择其中一个缸为基准缸，另外两个缸都是根据基准缸的运动调整自己的运动，当其中某个缸运动的过快或过慢，其油路上的流量传感器或是活塞顶端的位移传感器检测到的数据，通过与基准缸上的数据比拟，从而决定自己是快还是慢了，竟而输出相应的控制信号来调节相应回路上的电磁比例调速阀开口的大小，到达保证各个缸输入的流量相等或是各个缸移动

20、的位移量相同的目的。整个油路系统是保持闭环状态，到达有反应式调节的目的。单缸控制回路如右图4所示；三缸系统控制回路右图5所示； 2.3方案比照 图4 对于以上方案我们主要从以下几个方面进行比照分析：1、方案的复杂性 方案一和方案二都是采用多油多缸的方式，从整体上面看方 案比拟繁琐，太过于重复性。当然方案二和方案四采用的是反应方式，与那些无反应的方案相比拟来说，一定程度上也会较复杂；2、方案的经济行 对于经济性方面的考虑，很明显，用的元器件越多越不经济，这样我们就很容易看出方案一和方案二是最不经济的，因为它们重复使用相同的元器件，增加了本钱。其次，方案三与方案四相比，因为方案 图5四相比增加了反

21、应环节，在本钱方面肯定会高一写； 3、 方案的可行性 诚然，这一点是我们产品设计中最重要的一环。只有方案是可行的，我们考虑前面两方面的因素才有意义。对于方案的可行性，我们就从能够在规定的精度内顺利完成规定动作的能力着手。首先对于方案一和方案三，因为是无反应式的，只是依靠定量泵泵出的流量和换向阀的调节来控制液压缸的运动，这样的控制方式，假设是考虑到液压油泄漏问题时，它们之间的误差将会随着泄漏的增加而越来越大，很难保证精度。其次对于方案二和方案四，它们都有反应回路，这样就可以保证液压缸的流量时时刻刻的处于一个动态平衡状态，能够更好的在规定的精度范围内保证液压缸的同步运动。2.4小结 结合上面对各个

22、方案的分析，我们可以看出：方案四是最合理的。虽然每个方案都有自身的优点，但是我们的目的是为了解决同步问题。首先，只要是在可行性方面比拟差的，像没有采用反应调节，它不能很好的保证运行的平稳性和精度，就不符合我们的要求。其次，考虑到整个回路的经济性和复杂性，甚至可以结合实际应用环境，很明显方案四才是我们最正确的选择。 3 总体参数的选择与确定 3.1概述 在进行设计时，总体参数是我们进行设计的方向标，是我们进行后续研究设计的基石，是我们进行参数验证的标准。 这里所谓的总体参数，主要是指本课题所要求到达的技术要求和一些在进行液压系统详细设计之前所应确定的参数 。进行一项设计，我们首先最根本的要满足规

23、定的任务要求，其次我们的研究要有章可循，那么在进行详细设计之前我们应该先确定一下与设计紧密相关的总体参数，便于为后续设计提供一个参照或是标准。根据本课题的需要，所涉及的参数标准如下：（1） 汽车的载重量一般在10t以上；（2） 已到达汽车的翻转速度是3m/min0.05m/s以上；（3） 液压缸的同步精度应到达0.1%以上。鉴于以上参数要求，借助于相关书籍，我又确定一些与详细设计相关的参数。 首先，我们应选择一个现有车型作为一个参考。经过查阅?中国汽车车型手册?中国汽车工业总公司、中国汽车技术研究中心编；山东科学技术出版社；1993年7月，选择其中一款车型作为标准，其具体参数如下：1型号：北方

24、奔驰重型自卸车ND3312D35J；2局部详细参数：额定载重15970kg考虑车厢自重和方便计算，将 重量调为 17t； 货箱尺寸7200x2300x1100mm 举升角70注：参考车型使用的是复合缸，本课题使用的是 二级液压缸，力臂受限，初步将举升角调为50一般自卸货车车厢的举升角在45-65之间。因此,最终选择的是液压缸应顶起尺寸为7200x2300x1100(mm、重达17t的车厢，并且要顶起的举升角是50。为了保证整个设计过程的顺利进行，必须先进行必要的设计步骤安排，具体内容如下：（1） 确定液压缸的类型，为了考虑问题的简便性，选择双级液压缸，且使我们常见的单活塞双作用液压缸；（2）

25、完成液压缸在车厢底部铰接位置的优化，因为不同的位置将决定液压缸的受力情况，竟而决定了液压缸的型号；（3） 根据选定的液压缸无杆腔内的压强和流量，确定液压泵的类型和参数；（4） 根据选定的液压缸无杆腔内的压强和流量，确定电磁方向控制阀、电磁比例调速阀的类型和参数；（5） 用MATLAB软件设计整个液压系统的控制模型，选择合理的控制方式，并进行模型相关参数的修改；（6） 将控制模型转换为相应的数学模型，求出相应的传递函数；（7） 在MATLAB环境下，对数学模型进行仿真，并对仿真结果进行分析，看是否与所要求的相符合。4 液压缸的选择4.1 液压缸选择概述在液压系统的设计中，液压缸的设计是整个设计过

26、程的起点，也是关键环节。因为液压缸相当于执行机构，它能否按预先的规定完成运动是整个设计的目的。对于液压缸的设计，类型选择的是单活塞双作用液压缸，其参数确实定，这里采用的是迭代法。具体步骤如下：（1） 根据所要顶起重物的质量，先按估算选一个适当的液压缸型号进行后续计算；（2） 利用相关的液压缸铰接位置点优化算法，确定液压缸在车厢底部的位置； 3对于已经确定车厢底部位置的液压缸，计算出每个缸的实际受力大小，看所得到的受力情况是否符合液压缸的规定的受力范围。假设是实际受力大于该型液压缸规定的受力，那么就说明不符合要求，根据它们之间的差值继续选择适当的液压缸型号重复上述步骤的计算；假设是实际受力小雨液

27、压缸规定的受力，那就说明所选用的液压缸符合要求，可以选用。4.2 液压缸铰接位置点的优化与型号确实定 传统确实定自卸汽车液压举升机构铰支点位置的方法是根据整车的结构参数先初定铰支点的位置，再按此位置选择适宜的油缸，最后用作图法求出各铰接点的位置。这种方法虽然能用，但费力，随意性大，大多数情况下仅满足要求，未能实现结构的优化，特别是最初开始举升时，阻力最大，导致液压系统油压偏高，影响使用寿命；且能耗大，不经济。这里是运用几何模型、数学推导和Excel进行一系列优化处理的方法，得出理想的铰接点位置。如右图6所示，O点是货车车厢后端与车架纵梁的铰接点，A点是液压缸与车架的铰接点，B点是液压缸活塞端部

28、与车厢底部的铰接点，B1点是A铰接点对应的在垂直方向上的与车厢底部的交点，B2点是车厢举升到最大位置处最大举升角为50时，活塞端部与车厢底部的铰接点，OC是车厢的长度尺寸7200mm。AB是液压缸没有伸出时的原长，AB2是液压缸伸出最长时的长度，当然这是由所选用的油缸规格决定的。在进行问题研究时，我们只知道上述量的情况下，我们可以在和 图6 中运用数学相关知识求的A、B点的位置。首先，利用余弦定理，在中： 经换算得 (1)因为A点是沿下底边移动的，现在假设A点由M点移动到下底边的最远点，每一点就会相对应一个|OA|，现在可以每隔50mm取一个值，M点是A的起点，每一个A点又对应着一个,当然|A

29、B|是的，这样就可以算出相对应的和。当OA时，取，其余取。由图形可知，中的是B点本身，中的是B1点。在中： (2) 因为|AB|的长度不变，那么每个A点对应着一个B点，,这样我们就可以算出与之相对应的的长度。当然上述的计算过程都是由EXCEL里完成的。最终在求得的中，看哪个与我们选择的液压缸最大长度近似，那一组数据就是我们所要的最优化的数据。经Excel优化的值，就相当于确定了液压缸在车厢底部的位置，此时我们就可以利用整个车厢受力平衡理论来计算。首先，设一个理想模型，假设货车所拉的货物在车厢上是均匀分布的，其分布密度为q，液压缸初始位置与车厢的角度是，因为从理论上分析，液压缸从静止 图7 状态

30、开始举升时，其阻力矩是最大的，以后是逐渐减小的，同时在举升过程中如果逐步卸货，其阻力矩减小的更快。所以在研究时，只要液压缸在举升初始时满足要求，那么也能满足举升过程中的要求。如图7所示，对沿O点的力矩计算：; 3其中 ；所以可以求得F值，因为液压缸的个数是3，在理想情况下，认为3个缸是均布受力的，所以每个缸要承受的力是F/3.看看F/3是否大于所选定的液压缸的最大许用力。假设是大于，就说明不符合；假设是小于，说明可以使用。4.3 液压缸各参数确实定经过迭代计算和excel优化，其详细步骤见附录1，最终确定液压缸的型号：C25ZBN2SSI 200/125 - 530G - K352.5;其具体

31、表达意义如下：C-差动缸； 25-最大工作压力为25Mpa；ZB-中部摆轴式； N-带内置式位移传感器；2-内置式位移传感器编号； SSI-内置式位移传感器输出代号；200-缸径mm； 125-杆径mm；530-行程mm； G-英制标准圆柱管螺纹； -DIN加强螺纹； K352.5-摆轴位置mm其局部重要尺寸参数：缸径D=200mm；杆径d=125mm；最大许用推力;最大许用拉力;根据行程优化系列表格，选取优化行程s=530mm；液压缸最短行程：mm;液压缸最长行程：mm；其他局部相关参数如下表1：最大工作压强P/MPa25矿物油液压缸全长公差/mm静态试验压力Ps/MPa37.5(矿物油)装

32、配长度=固定长度+行程 允许偏差适用介质矿物油、其他介质0-500工作温度/C-20-80501-1250介质黏度/1251-3150最高运行速度m/s3151-8000 表1根据其参数，代入到上述数学模型所得到的方程的解： 上面求解的液压缸的各项参数皆符合本课题预先设计的要求。首先，考虑液压缸所承受的负载，其应包括惯性负载、工作负载、摩擦负载。当然因为工作负载远大于惯性负载和摩擦负载，所以惯性负载和摩擦负载可以忽略不计。可知每个缸的负载=工作负载=F/3=187.39KN;其次，液压缸所承受的压强：；无杆腔的流量：。5 液压泵的选择5.1 液压泵选择概述在进行液压缸的各项参数设计之后，就可以

33、根据液压缸无杆腔的压强及其流量来选用适宜的液压泵元件。液压泵的设计对保证整个液压系统的正常运转起着重要的作用。它是液压系统的能源元件，能够将原动机的机械能转换为油液的压力能，向系统提供具有一定压力的流量。液压泵都是容积式的，即依靠泵内密封容积的变化来实现吸油和压油。总之，正确合理地选择液压泵是非常重要的一个环节。5.2 液压泵类型确实定要选择合理的液压泵，首先应该选择一个合理的型号，应选用能适应执行元件所要求的压力发生回路的泵，同时应充分考虑其可靠性、寿命、维护性等以便所选的泵能够长期运行。选择液压泵时要考虑的因素有结构型式、工作压力、流量、转速、效率容积效率和总效率、定量或变量、变量方式、寿

34、命、原动机的种类、噪声、压力脉动率、自吸能力等，还要考虑与液压油的相容性、尺寸、重量、经济性、维修性。经过查阅相关书籍，可知液压泵详细的选择原那么：（1） 根据液压系统的工作压力来选择泵的压力。车辆用泵可选择为泵额定压力的50%-60%，以保证泵有足够的使用寿命。假设系统压力为低压状态2.5-8MPa状态时，可选用中压叶片泵及齿轮泵；在中高压8-16MPa时，一般选用高压叶片泵及柱塞泵；当压力大于32MPa时，一般选用柱塞泵；（2） 液压泵的转速随主机条件而定：其中工程机械、起重机械、运输机械、农业机械等，那么多用内燃机驱动，转速为1500-2500r/min，系统可用油门或液压调速；（3）

35、噪声：对于车辆用泵，噪声要求可以放宽一些；（4） 自吸性能：定量泵自吸能力较好，变量泵自吸能力差;（5） 还有污染、节能、寿命、介质、价格、安装维修、外形尺寸及质量方面的要求，在此可以不予考虑；（6） 各类型液压泵的应用范围： 1齿轮泵：机床、工程机械、农业机械、航空、船舶、一般机械等； 2叶片泵：机床、注塑机、液压机、起重运输机械、工程机械、飞机制造等； 3螺柱泵：精密机床及精密机械、食品加工、石油纺织类机械等； 4柱塞泵：工程机械、锻压机械、矿山机械、冶金机械、船舶、飞机制造等。经过以上表达与分析，结合上面所求的液压缸的压强P=5.968MPa属于中高压，暂确定选用叶片泵或是柱塞泵。但是叶

36、片泵和柱塞泵都各自有自己的优缺点与应用范围，我们可以根据它们的区别来决定究竟选用哪种类型的泵。叶片泵与柱塞泵的区别具体如表2所示：叶片泵柱塞泵单作用双作用轴向径向式阀配油斜盘式斜轴式压力范围/MPa低压型中高压型排量范围mL/r1-3205-48016-2500转速范围r/min500-2000500-4000600-6000600-6000700-4000功率质量比kw/kg小中大中-大小大容积效率%58-9280-9488-9388-9380-9090-95总效率%54-8165-8281-8881-8881-8383-86自吸能力中差变量能力能不能好噪声中大价格中中低高 表2 因为车用液

37、压泵多是定量泵，结合上述表中的参数，确定使用叶片泵，且使用双作用类型。5.3 液压泵型号确实定查阅?液压、气动与液力工程手册?上册，结合上面选择的液压泵所确定的流量和压强，选取的液压泵的具体参数如下表3所示：系列型号排量mL/r压力MPa转速r/min额定最高额定最高YB-D441010001500容积效率%总效率%驱动功率kw质量kg7455 表35.4 小结 结合上面所选液压泵的各项参数，得 泵的流量L/min：，合格总之，所确定选用的系列YB-D4型号双作用叶片泵能够保证整个液压系统的正常工作。6 其他阀类元件的选择6.1 阀类元件的选择概述阀类元件的功用主要是通过控制调节液压系统中油液

38、的流向、压力和流量，使执行元件及其驱动的工作机构获得所需的运动方向、推力及运动速度等。在本次课题研究中，主要涉及到电磁换向阀、压力控制阀、调速阀。本课题主要的目的是实现多缸的同步控制，电磁换向阀主要是控制换向，压力控制阀主要是在回路中保证整个液压回路的平安，它们只要符合要求即可，在本次研究中不做过多说明与研究。我们主要从调速阀方面考虑，从而实现多缸的同步运动。6.2 电磁换向阀的型号与参数确实定换向阀是液压系统的重要组成局部，通过变换换向阀的位置来实现油路的通、断或改变液流的方向，从而实现液压执行元件的启动、停止或运动方向的变换。本次主要是研究液压缸的同步控制问题，即只需要考察上升过程中的同步

39、问题即可。因此在选择换向阀时，只需要考虑其压强和流量符合整个油路变化就行。经查阅相关资料，确定换向阀的型号和相关参数如下表4所示：类别型号最大流量L/min无冲击型S-DSG-03-3C3-D12-C-N120最高使用压力MPaT口允许背压MPa最高换向频率 次/min质量kg16AC、DC:240 R:120ACDC、R、RQ5 表4其中；其相对应的流量系数：换向阀的电磁铁参数如下表5所示：电源线圈型号频率Hz电压V额定使用范围直流DCD12-12 表56.3 电磁调速阀的型号与参数确实定调速阀是为了克服节流阀因前后压差变化影响流量稳定的缺陷开展的一种流量阀。普通调速阀是由节流阀和定差减压阀

40、串联而成的复合阀，其中节流阀用于调节通流面积，从而调节阀的通过流量；减压阀那么用于压力补偿，以保证节流阀前后压差恒定，从而保证通过节流阀的流量亦即执行元件速度的恒定。同样其只要满足回路中压强和流量的要求即可。具体的型号和参数见下表6所示:名称型号通径mm额定流量L/min调速阀QF-B20C20106最小稳定流量L/min最高工作压力MPa10.614 表66.4 减压阀的型号与参数确实定减压阀主要是减小液压系统中回路上的压力，并使其保持不变。因为其主要是为回路提供一个平安保障，与此题实现同步控制的环节关系不大，也即满足回路上的相关要求即可。具体的型号和参数如下：型号：F-H-H-T-06-B

41、-1其中F-使用磷酸脂工作液时标注； H-H-H-H型压力控制阀； T-管式； 06-通径代号20mm； B-调压范围：3.5-7MPa； 1-调压阀型式：内部先导，内部泄油技术规格见表7：通径代号通径/mm最高工作压力MPa最大流量L/min062021125质量kgHTHGHCTHCG 表7 6.5 小结综上所述，所选择的阀类元件的型号如下： 电磁换向阀：S-DSG-03-3C3-D12-C-N； 电磁调速阀：QF-B20C； 减压阀：F-H-H-T-06-B-1以上所选择的阀类元件皆能保证液压回路的正常运行。7 方案在MATLAB中的仿真在前面几个局部的分析，已经确定了液压系统的方案和各

42、个液压元件的型号与参数。为了研究液压系统的可行性，需要对其进行验证。假设是用实物会增加研究本钱，而且对于现有的条件，也不太可能，所以用实物研究分析的方案行不通。从本钱、便利性等各方面考虑，可以采用软件进行仿真，此处用的MATLAB软件。用MATLAB进行仿真的具体步骤如下：首先，先用Simulink中的液压模块画好整个液压系统图，同时将系统图中的液压各部件的参数修改正来；其次，针对本课题的研究目的，我们可以利用最差的情况进行分析，即当两缸在精度范围内相差最远的时候，看液压缸能否在规定的时间内恢复到与液压缸同步；最后，求出相关液压元件的书序模型的传递函数，并画出数学模型图，对其进行仿真。当然，如

43、果所显示的图像能在规定的时间内能够得到抵消、补偿，甚至相差的数值在可允许的范围内，我们同样认为这种液压与控制系统能够保证液压缸的同步运动。反之，如果在规定的时间内，相差的数值超出了允许的范围，那就说明这种液压与控制系统不能保证液压缸的同步运动，将不予采用。对于货车车厢被举升过程中，可以将车厢和液压缸看成是一个振动系统，当然在这里只考虑液压缸活塞杆和液压油的振动变化，不考虑车厢在举升过程中的振动。对于一个简单的振动系统包括一个储存动能的元件、一个储存势能的元件和一个阻尼器。对于这里的液压系统，应该确定活塞杆和液压油的弹性系数，但是我们应该首先知道他们的材料。查阅?机械设计手册?知，活塞杆的材料大

44、多用C-45钢，外表镀硬铬。45钢静态弹性模量：196-216GPa，确切的是210GPa左右。活塞杆的参数：面积：活塞杆的长度近似看成是液压缸的行程，即：l=0.53m；弹性模量：E=210GPa所以，得活塞杆的弹性系数：查阅?机械设计手册?知，选用L-HM液压油，以精炼矿油为根底油，并加以多种添加剂，具有良好的抗磨性、润滑性、防锈抗氧化性，适用于低、中、高压液压系统。其具体参数如下表8所示：实验方法品种GB7631.2L-HM质量等级优等品黏度等级GB314132GB/T265运动黏度4028.8-25.2 取32黏度指数95 表8查阅相关书籍知，在常温下，纯洁油液的体积模量为，为方便计算

45、，取;那么这种情况下，油液的压缩系数为：;在液压缸所承受的压强作用下，油液体积的变化量是： 液压缸的直径，其截面积是从而的竖直方向上的变化量为单个液压缸所承受的力得液压油的弹性系数经分析可知，车厢及所装载的货物是储存动能的元件、活塞杆和液压油相当于两个串联在一起的弹簧，然后有一个阻尼器，从而构成了一个完整的振动模型，具体情况如下列图8所示： 图8上面求的，因为它们是串联的，所以可合并成一个弹簧系数，得由阻力表达式得阻力常数活塞行程530mm，其运动速度是0.05m/s，所以可求的伸长的最长状态下需要的时间：为了提高数据的准确性，现将等分成100份，既得周期T.由得相对应的频率以上是一个完整的载

46、重系统的振动模型所得到的各项参数，是建立液压系统模块所不可或缺的。在MATLAB软件中，Simulink下有一个专门针对液压的仿真分析模块，名为simHydraulics。具体步骤是：1、 进入MATLAB软件界面，点击进入Simulink子界面；然后点击左侧的simHydraulics，并新建一个界面；显示如图9所示； 图92、在相应的模块中选择适宜的模块，用鼠标拖到新建的界面上。在每个液压模块上都有相应的接线口，将鼠标指到接线口位置，按住鼠标右键不放，移动鼠标到另外一个液压模块的接线口位置，松开鼠标，就可将这两个液压元件连在一起，依次类推，便可连接一套完整的液压仿真模块系统。显示如图10所

47、示； 图10 3、对于已经建立好的液压模型，还要对液压元件的参数进行修改，显示如图11所示； 图11至此，就完成了液压系统模块的建立工作。上面所建立的液压系统模块图是提供整个液压系统的框架结构，从分析的角度，我选择从极限位置考虑问题，这样可以使研究更加简单。具体是，对于所研究的多个缸的同步问题，也可以单分析一个缸，就假设其中的某个缸与基准缸相差最大距离时在精度范围内，0.1%，看能不能在规定的时间内得到恢复，当然这里的规定的时间就是指液压缸进行举升过程中所需要的时间10.6s，如果能够恢复，即说明可以实现同步，反之即是不合格。对于这种研究方法，采用的是用数学模型的方法进行的。在此之前，我们应该

48、先得到液压系统的动态结构图。构建动态结构图时，先要清楚闭环控制回路是在液压回路的那一局部，这里的控制回路是液压缸中的位移传感器检测到的位移信号，与基准缸的位移控制信号相比拟，从而做出相应的调整，发出适宜的控制信号作用于调速阀，通过控制调速阀的开口大小来实现控制流进该液压缸的流量，从而到达控制液压缸的速度，进而实现多缸的同步控制。所以这个结构动态图由调速阀、液压缸、负载构成的闭环控制系统。具体动态结构图如下列图12所示;wFx z 图12图中w表示预先给定的活塞位置输入信号；位置偏差敏感元件比例元件的增益；电放大器的增益；电液调速阀的传递函数；电液调速阀的流量增益；液压缸的传函详细参数见下面局部

49、分析；液压缸所承受的负载的传递函数；该液压系统要实现的同步精度在0.1%以上，速度v=3m/min，所以有单位时间1s内的位移量7.5 液压缸带负载的情况传递函数确实定查阅?液压系统现代建模方法?可知，负载为时液压缸的主控传递函数为式中：输出速度对输入流量的传递函数； 放大系数；阻尼比； 时间常数；C综合液容。 式中：缸的液阻，; 内泄漏系数，此处按理想液压元件处理，查阅相关 网络资料，取0.0005； 黏性摩擦系数，取0.04；S活塞的有效截面积。当存在外部负载时，就相当于对液压缸的传递函数连接上一个附加传递函数，设为 式中：一个比例微分环节； 由外部负载引起的流量效应； 和分别是干扰传递函

50、数中的放大系数和微分时间常数。详细的参数计算过程如下：；流量：；速度：；由公式：， 得，又因为油液的弹性模量，得：液阻；放大系数：;综合液容：；由前面确定的液压缸的型号可知，所选液压缸的质量：；时间常数：；阻尼比：;得;从而得，液压缸的主控传递函数：同时有：; 所以因为负载的存在，加在液压缸上的附加传递函数为： 经分析求解得在负载不为零的情况下，液压缸的主控传递函数和附加传递函数，具体求解步骤如上所述。根据控制环节的数学模型来确定传递函数，对于电液比例调速阀的传递函数确定的具体方式如下：（1） 比例电磁铁线圈电压方程 1其中：输入电压；线圈电流；R线圈和放大器电阻； L线圈电感 2比例电磁铁力

51、平衡方程 2其中：电磁铁的电流力增益；电磁铁的位移力增益； 电磁铁的输出力；电磁铁的输出位移。 3先导阀力平衡方程 3其中：阀芯重量；速度阻尼系数；稳态液压力刚度； 反应弹簧刚度；瞬态液压力刚度。将式1、2、3进行拉氏变换，消去中间变量i，并近似看成一阶环节，即得出： 4（4） 电液比例调速阀流量方程 5其中：Q通过流量传感器的流量；先导阀位移； 比例调速阀的流量增益。将式4、5进行拉氏变换，消去中间变量，得出电液比例调速阀的传递函数 ： 其中，由前面所选的调速阀的参数得：由阻抗：，得；由分析可知，电放大器的增益、电液比例调速阀的流量增益其实都是阀的相关参数，而且由图可看出，他们之间是乘积关系

52、。根据上述分析并参阅?液压系统现代建模方法?知，从而得电液比例调速阀的传递函数： 对于液压系统模型的仿真，因为从系统角度去分析很麻烦，而且很容易出现错误，所以这里选择从局部去考虑。前面已经提到过的，这里采用的是，只分析一条回路上的液压系统，而且只考虑参与反应调节的液压元件，当然在这里就是只有液压缸、负载、调速阀，在上面已经求的它们的传递函数，然后利用各自的传递函数来构建液压系统的数学模型，只要所组建的数学模型能够在规定的时间内能在误差范围内保证极限差距是在不断缩小，而不是扩大即可。在根据各个液压元件的数学模型确立了各自的传递函数后，我们利用这些传递函数在MATLAB的建模环境中构建液压控制的数

53、学模型。具体数学模型图如下列图13所示： 图13左边的“constant表示的是常数，在这里表示的是之前假设的该回路上的液压缸比基准缸快或慢一个常数值，当然这个数值在前面已经求出来，是，而后通过调速阀的传递函数和液压的主控传递函数，在这里，因为液压缸受到负载作用，还需要添加一个附加传递函数，经反应到初始位置与原信号比拟，看差距是减小还是增大。因为负载相当于一个振动系统，所以它的信号是一个波动信号，且由上面的液压缸附加的传递函数形式，可以选择使用PID比例-积分-微分控制器。在每个回路均有示波器，用来显示回路上参数的变化，并且通过分析示波器上所显示的来看确认液压缸是否向误差减小的方向运动，假设果

54、在这种极限情况下，误差可以越来越小，那么就说明这种设计可以采用；反之，那么说明所采用的方案不合格，不予采纳。本局部主要讲述的是所确定的方案在MATLAB中的仿真，从而验证方案的可行性。首先，在Simulink中的液压模块中，绘出液压系统模型图，并且将相应的模型图中的液压元件的参数修改为计算所得的参数，这样就可以从整体上把握液压系统的油路系统和控制方案。其次，确定一个可行的研究方案。这里选择的是研究单个液压缸的运行情况，看其在极限状况下，能不能是误差恢复。再次，经分析得出系统的数学模型。在这里，先求出处于反应控制回路上的液压元件的传递函数，在MATLAB环境中，构成系统的数学仿真模型。最后，对已

55、经确定的数学仿真模型进行仿真模型，观察其示波器显示的结果，得出相应的可行性结论。8 仿真结果的分析8.1 仿真结果分析概述确定适宜的液压系统图、选择适宜的液压元件、建立MATLAB环境下的系统模型和数学模型，这些都是为最后的结果可行性打下坚实的根底。仿真结果的分析主要是分析在它的系统回路上所安装的示波器所显示的波动图形，利用这个波动图像来确定液压缸的运动方式，进而通过与反应信号的比拟，分析出液压缸是朝着误差减小的方向还是误差增大的方向运动。对于图13所示的数学模型回路中，在每一个回路上均装有示波器，点击仿真开始按钮，待界面左下角变为“ready字样时，说明整个数学模型没有错误，可以进行仿真了，此时只需要在各个示波器图案上双击鼠标，即可显示该示波器所收集的波动信号。然后对收集到的图像进行分析，或是自身趋势观察，或是相互之间的比拟，最终得出相关的结论。8.2 仿真结果分析1前面的“constant表示的是这回路上的液压缸和基准缸相差的位移处于极限位置即误差的顶点处，相差最远，后面的一系列所要做的就是消除这个误差；示波器z显示的是最初误差的波动图像，显示如下列图14所示： 图14 2示波器q1表示的是通过电液调速阀的油液的流量，这里是和调速阀的传递函数有关，其显示如下列图15所示：