带长管道的负载敏感系统研究

【摘要】：本文源自国家自然基金资助项目“带长管道的工程机械电液系统控制理论及其工程实现研究”。以负载敏感系统作为主要工程对象,对液压油在大型工程机械长管道中的流动特性、负载敏感系统和阀控系统中的管道效应、基于电反馈和流体管道反馈的电液混合负载敏感系统做了深入的研究。 第一章绪论中,首先对以下几方面的内容进行了综述:流体管道动态过程研究的发展与现状;负载敏感多路阀的结构及控制方式;负载敏感系统的构成、工作原理以及管道在其中的分布情况;电液系统中管道效应的研究现状;液压系统仿真技术的发展以及仿真中管道的处理方法。在此基础上,论述了本课题的研究意义、研究内容、拟采用的研究方法和技术路线。 第二章分别从时域和频域两个角度,对现存的各种流体管道数学模型进行了分析和对比,从中选择适合本课题进行理论研究的流体管道模型。对其中的集中参数管道模型提出了改进意见,并对改进后的管道模型进行了实验验证。 第三章分别在频域和时域内,建立了构成负载敏感系统的主要元件——负载敏感变量泵、负载敏感多路阀、管道、执行机构和负载的数学模型,在此基础上建立了带长管道的负载敏感系统的频域分析模型和时域仿真模型。并讨论了当元件参数满足某些特定条件时,模型的化简问题。 第四章通过试验研究了管道以及变量泵可调参数对负载敏感系统静动态特性的影响。对负载敏感系统中存在的管道效应获得了一些初步的感性认识。从中发现了长管道给负载敏感系统所带来的两个主要问题,即负载敏感变量泵的稳定性问题和反馈油路响应滞后问题,从而确定了本文的理论研究方向。 第五章对试验中所发现的两个问题做了深入的理论分析和仿真研究,针对反馈油路和负载敏感变量泵提出了一套优化设计理论和稳定性判据。从而最大程度的降低了长管道给负载敏感系统带来的不利影响。另外,对带长管道的负载敏感系统进行了的仿真研究,仿真结果与试验中所观察到的现象十分吻合,从而论证了本文第三章所建立数学模型的正确性。 第六章提出了基于电反馈和液压管道反馈的电液混合负载敏感系统方案。远距离作业机构的负载信号采用电信号实现快速传送,而近距离作业机构的负载信号仍采用更加简单可靠的液压管道进行传送。来自远距离作业机构的电信号经过反馈信号调节器处理后,由一电液转换装置将其转化为压力信号,与来自近距离作业机构的压力信号综合后控制负载敏感变量泵的行为。另外,本章提出了一反馈信号的调节算法用于动态补偿多路阀进油管道上的压力损失,从而提高了系统的能量利用率。本章所进行的试验研究表明,此方案是切实可行的。 第七章对工程机械中常用的阀控系统中所存在的管道效应进行了仿真和试验研究。通过仿真考察了阀控系统中进油管道和回油管道的参数、油液的弹性模量和粘度对系统阶跃响应的影响,提出了“带长管道阀控系统”的理论判据,用以衡量进油管道和回油管道对阀控系统动态性能的影响程度。对带长管道的阀控系统进行了试验研究,所得试验曲线与仿真结果基本吻合,从而论证了本章所得结论的可靠性。 第八章概括了全文的主要研究成果,并展望了今后需要进一步开展的工作。