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装载机动臂液压系统负载口独立控制技术的研究

陈晓波  
【摘要】:精确控制、绿色节能是现代液压技术的发展趋势。负载口独立方向阀不仅能够根据工况特点实现良好的控制效果而且其双阀芯的结构特点使其具备较大的节能潜力。本文结合装载机动臂升降的工况特点,研究负载口独立方向阀先导-主阀系统的动态特性,并将负载口独立方向阀应用于装载机动臂液压回路,研究负载口独立控制系统的控制策略及其控制效果,并分析负载口独立控制的节能潜力。本文首先分析了传统单阀芯换向阀和双阀芯换向阀的工作原理,结合其应用场合特点,确定了负载口独立方向阀的结构形式及工作原理。通过对装载机工作装置工作周期的工况分析确定工作装置负载口独立控制系统及其控制方案,表明负载口独立方向阀应用于装载机工作装置液压系统具备可行性。其次,对采用先导-主阀结构形式的负载口独立方向阀进行数学建模。根据控制需要确定先导-主阀系统采用PID调节的位置闭环控制。通过先导阀选型和主阀设计计算获得了主要仿真参数,建立负载口独立方向阀先导-主阀系统AMESim仿真模型,并对其动态特性进行仿真分析,结果表明位置闭环控制的控制效果良好。并对主阀芯质量、主阀两弹簧的弹簧刚度以及主阀芯作用面积对控制性能的影响进行变参数分析。随后,在动臂升降两个过程对装载机动臂缸负载口独立控制系统进行数学建模。根据其工况特点对装载机动臂缸选择高压腔流量控制、低压腔压力控制的控制策略,通过AMESim仿真平台建立装载机动臂缸负载口独立控制系统的仿真模型,并对其动态特性进行仿真分析,结果表明装载机动臂缸负载口独立控制系统能够实现精确的流量控制和压力控制。最后,对传统单阀芯换向阀和负载口独立方向阀其换向过程进行能耗理论分析。以M4电液比例多路阀并作为比较对象,以举升工况为例通过AMESim仿真分析,对比简化后的M4电液比例多路阀和负载口独立方向阀在换向过程中由于其结构形式不同造成的功率损失,验证动臂缸负载口独立控制系统其背压可控而产生的节能效果。通过原理性分析发现负载口独立控制在应对负载力变化时存在更大的节能潜力。


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