破拆机器人负载敏感系统多臂复合动作能量回收研究

 破拆机器人臂系负载敏感系统具有功率自适应节能降耗、结构紧凑等特点,应用十分广泛。然而负载敏感系统中负载敏感泵流量压力仅与系统最大负载相适应,导致多臂复合动作时小负载回路上压力补偿阀能量损失较大。为进一步降低能耗,利用液压马达回收小负载回路压力补偿阀的能量损失,并带动液压泵将回收能量储存在蓄能器中,蓄能器回收能量通过扭矩耦合的方式回馈至主泵实现能量回收。通过AMESim建模仿真结果表明,增加能量回收系统可使复合动作能量回收利用率提升20%以上,系统阶跃响应与未安装能量回收的系统响应基本一致,且速度振荡减小改善了瞬态响应。     

基于关节速度的液压比例驱动工程机械臂位姿控制

为了解决液压驱动工程机械臂在实际工程作业中加装位置传感器会使得系统复杂,从而可靠性降低,以及在关节处位置闭环伺服控制会导致液压系统效率降低的问题,提出在比例液压油缸驱动的机械臂中用位姿闭环而非关节位置闭环构成机器人控制系统。使用惯性导航、激光雷达、视觉等获得机械臂末端姿态,通过机器人运动学逆解得到当前关节值,与目标关节值形成闭环从而获得关节速度给定值。通过比例液压系统驱动机械臂关节,进而控制位姿变化。推导了负载敏感比例阀控液压油缸传递函数、陀螺仪姿态解算方程并对机械臂进行逆运动学分析。使用MATLAB/Simulink建立基于关节速度控制的液压驱动机械臂位姿闭环控制仿真模型,进行仿真实验,结果验证了控制方法的可行性。     

液压伺服系统闭环刚度特性分析与试验研究

以阀控非对称缸系统为研究对象,借助键合图建立系统六阶状态空间模型,基于闭环传递函数对系统进行刚度特性分析,得到液压伺服系统闭环刚度特性的解析表达,研究液压伺服系统闭环刚度特性及其影响因素。提出液压位置伺服系统闭环刚度仅与供油压力有关,与伺服缸活塞初始位置、比例增益等因素无关,并且负载力与伺服缸活塞位移增量成平方反比关系。开展液压伺服系统闭环刚度试验研究,测试不同供油压力、比例增益以及伺服缸活塞初始位置条件下,伺服缸在外负载力作用下的位移响应过程。试验结果表明,液压位置伺服系统闭环刚度与供油压力显著相关,与比例增益以及伺服缸活塞初始位置无明显关系,并且负载力与伺服缸活塞位移增量近似符合平方反比关系。     

连采机截割臂升降液压系统分析及优化

平衡阀既可防止连采机截割臂非工作状态时的自动下落,也为连采机截割臂正常下降提供一定的背压。在仿真软件SimulationX中建立截割臂升降液压系统模型,分析平衡阀不同参数与其自身压差的关系,以及对液压系统的影响;在原有连采机上搭建系统试验平台,验证平衡阀对截割升降液压系统的影响。结果表明,合理选择平衡阀并与系统匹配,可以降低系统压力损失,为优化连采机截割臂液压系统提供了依据。     

高端移动装备专用EHA优化设计及分析

高端移动装备代表着国家工业技术水平,进一步对其优化可减轻装备质量、提升机动性能和承载能力,同时实现节能减排。针对现有电动静液作动器(Electro-Hydraulic Actuator, EHA)液压回路辅助阀数量多和插装式平衡阀开启存在不确定性问题,设计了一种溢流平衡阀,将其应用在EHA液压回路,可同时取代溢流阀和平衡阀。通过简化和优化EHA液压回路,实现其小型化、轻量化和集成化,提高EHA可靠性。建立AMESim仿真模型,在负负载工况下研究了不同外负载和溢流平衡阀参数对EHA液压回路系统性能的影响。分析表明,在负负载工况下,外负载、溢流平衡阀控制油口阻尼、弹簧刚度以及控制比的变化均对EHA工作性能有较明显影响。与现有EHA液压回路方案相比,辅助阀数量减少了5件,减少比例为41.7%,集成阀块体积和质量均下降约50%,达到优化设计目的。     

超越负载工况下大吨位轮式起重机闭式液压系统控制研究

在超越负载工况下分析闭式液压系统转矩特性,指出作业时调节马达或泵排量涉及到施加在发动机上负功率的大小、吊装效率及安全隐患;提出一种新型控制技术用于控制超越负载工况下闭式液压系统,原理为在主系统内设置一平衡阀,利用主系统低压侧压力与外控控制系统压力相互关联控制平衡阀先导开启压力,控制平衡阀通过驱动油源流量,限制发动机超速;控制器采集马达转速传感器数据与设定值比较并对泵排量数据进行调整,使马达转速按设定值运转,提高发动机负功率吸收能力,防止出现"飞车"危险工况发生。     

液压柔性机械臂等效模型的鲁棒控制

针对液压柔性机械臂的等效动力学模型——柔性负载电液位置伺服系统,提出了滑模控制和自适应反演控制相结合的鲁棒控制器设计方法。基于Lyapunov稳定性理论的系统稳定性分析,证明系统跟踪误差将收敛至零,同时控制了柔性负载的振动。仿真实例表明了设计方法的正确性。     

基于流量规划的液压悬架负负载调速控制

针对重型运输车液压悬架负负载下降速度不均匀、不稳定问题,提出一种基于流量规划的液压悬架负负载调速方案。首先根据悬架倾角传感器和手柄指令速度信号计算平衡阀理论输出流量,而后依据预先建立的平衡阀流量映射关系,采用线上查表和插值方法求值并通过比例溢流阀输出平衡阀所需控制压力,使其输出流量实时跟随理论流量,从而控制悬架下降速度实时跟随手柄指令信号。建立了控制方案的稳态数学控制模型,并在某型号运梁车上进行试验研究,研究结果表明,该方案能够将悬架空载下降速度变化率从33%降至17%、悬架重载下降速度变化率从40%降至15%;且在平衡阀流量不饱和情况下,悬架空载/重载悬架最大下降速度之差从200 mm/min降至10 mm/min,悬架下降速度的均匀性和稳定性显著提高。该方案较易在工程中实现,且具有较大的工程应用价值,为基于平衡阀的液压系统负负载调速控制提供一个新的思路。     

一种新原理液压平衡阀的性能分析

提出一种自动适应负载变化与流量变化的液压平衡阀,对其工作原理和结构特点进行了详细论述,以额定流量40 L/min,对平衡阀的静态特性进行分析计算,新原理平衡阀通过流量在20～60 L/min、负载压力从0～32 MPa、控制压力稳定在0.97～1.03 MPa之间时,实现了在流量、负载较宽的变化范围内,平衡阀的控制压力为较小的定值。用MATLAB/Simulink对该平衡阀进行了仿真研究,结果表明,新原理平衡阀动态响应较快,可满足工程中对液压平衡阀的要求。由于大大降低了控制压力,对使用平衡阀的系统节能效果十分显著,拓宽了其使用范围。     

全液压动臂塔机变幅机构机液一体化仿真研究

针对全液压动臂塔机变幅机构工作时,惯性载荷大,导致系统的机械振动和油路压力冲击问题。以国产某型全液压动臂塔机为研究对象,依据变幅机构的作业工况,采用AMESim软件对变幅机构进行机液一体化仿真建模,通过与理论计算对比,验证仿真模型的正确性。在此基础上,分析带载变幅启动时机液耦合对系统振动和压力冲击的影响。仿真结果表明:调整液压驱动回路中平衡阀和溢流阀参数,可使变幅启动时,动臂最大振幅减小40.1%;压力冲击峰值下降17.4%。     

气动平衡助力机械手反馈控制系统设计

针对气动平衡助力机械手负载端力臂不断变化的随位平衡问题,提出通过反馈控制实现机械手随位平衡方法。在采集气缸输出端压力基础上,将输出压力信号实时反馈给气缸输入端控制器——主气控调压阀,通过对主气控调压阀输出端的气压调节,使气缸输入端压力和输出端压力达到动态平衡,实现机械手在负载端力臂变化情况下的随位平衡。实验结果表明:在额定载荷下,人手能轻便地移动机械手;当停止移动时,机械手在无手操纵力下能自动平衡。     

负载敏感变速同步驱动原理与特性研究

液压分流同步驱动以分流元件(如分流阀、分流马达)为控制元件,通过等量分流原理来实现多执行器的同步驱动,具有结构简单、成本低的优点,但在时变负载或大偏载工况下分流元件的分流精度显著降低,难以满足高精度同步需求。据此,提出负载敏感变速同步驱动系统,其由负载敏感变量泵和负载敏感分流阀构成,其中负载敏感分流阀是一种新型的分流阀,其利用负载敏感压力补偿原理可以消除时变负载和偏载对同步精度的影响,并具有调速以及负载敏感的功能。首先,阐述负载敏感分流阀及变速同步驱动系统的结构和工作原理;然后,基于AMESim建立系统仿真模型;最后,在变速、时变负载、大偏载等工况下研究了新型分流阀及其同步系统的同步特性。结果表明:在时变负载和大偏载下,分流阀的分流误差小于1‰,其远远低于现有分流阀的分流误差,并实现了高精度的变速同步驱动,且系统效率较高,可取代一部分价格昂贵、维护困难的闭环同步驱动。为高精度的分流阀及变速同步驱动奠定了理论基础,可丰富液压同步驱动的理论和形式。     

液压矫直机四缸同步加载系统建模与仿真

针对目前钢厂对高强度中厚板的特殊工艺要求,基于电液力控制系统易于改变控制力大小和易于实现压力保护等优点,提出采用非对称阀控制非对称缸加压力传感器的压力闭环控制方案.在单缸闭环的非线性模型基础上建立四缸同步闭环仿真模型.针对影响同步误差主要因素给出四缸最大负载压差曲线和同步误差精度.     

基于AMESim的负载敏感泵压力-流量特性影响因素探究

 对某型负载敏感泵的工作原理分析的基础上，建立负载敏感泵的数学模型，然后利用AMESim仿真平台建立负载敏感泵的仿真模型，进行仿真分析后得到压力-流量特性曲线，进一步探究压力-流量特性曲线的影响因素，最后利用负载敏感泵试验台进行试验，试验结果验证了模型的正确性和精度。研究表明：压力切断阀弹簧刚度与弹簧预紧力、电动机转速、泄漏量、控制油路压力均对压力-流量特性曲线产生影响，研究结果为更好地应用负载敏感泵提供了技术支持。     

基于二次调节技术的旋挖钻机节能研究

旋挖钻机钻杆升降系统作业频繁且能耗高,其卷扬系统一般采用带平衡阀的液压马达驱动,钻杆下降时在平衡阀的节流作用下钻杆大部分的重力势能转化为液压油的热能,为此,提出了利用带二次调节的泵／马达配合蓄能器进行钻杆下放的能量回收,同时在提升钻杆时从蓄能器释放能量的二次调节系统。建立了二次调节系统模型,采用基于主轴转速反馈的PID控制算法,对系统的动态性能进行了仿真,并且建立了蓄能器能量回收数学模型,根据仿真的数据获得了蓄能器的能量回收率和释放率。研究表明,闭环控制系统响应迅速,运行稳定。     

内防喷工具测试系统控制策略及实验分析

针对石油钻井内防喷工具安全检测的需求,设计了一种压力和扭矩自动测试系统。该系统集数据采集、自动控制和数据处理功能于一体,取代了传统人工注水、夹紧和复位等工序。通过使用PLC结合上位机软件(LabVIEW)实现了自动装载、自动测试、自动复位和自动生成报表的功能。系统压力通过比例溢流阀和压力传感器构成的负反馈闭环系统得到了精准控制。对中位移通过液压缸上的位移传感器反馈控制满足了精度的要求。经过现场大量试验证明了该系统的正确性和实用性。     

大型正铲液压挖掘机斗杆升降回路及特性

在设计目前国内斗容和机重最大的矿用液压挖掘机液压控制系统中,为减小使用成本,采用交流电动机驱动变量液压泵组作为动力源。为满足工作效率要求,斗杆举升过程采用四台液压泵供油,通过四组比例多路阀(主控阀)阀外合流来满足斗杆的速度要求,为降低能耗,提出在斗杆下降过程依靠自重和专用的比例节流阀进行流量再生的控制方法,加快斗杆下降速度,提高系统工作效率。分析斗杆采用流量再生方法下降的前提条件,对斗杆液压缸在一个工作循环内的压力变化进行机电液一体化的联合仿真研究,按照仿真确定的参数设计并制造样机,试验测试表明,挖掘机加载最大试验负载25 kN时,所设计的液压控制系统可以满足斗杆满载举升所需要的压力及速度要求,斗杆下降采用流量再生方法后,下降时间由32 s缩短至18 s,下降速度明显加快,且下降结束阶段无液压冲击。通过试验,验证了挖掘机液压控制方案的正确性,为今后国内设计和制造更大型的液压挖掘机积累了数据和经验。     

基于CAN总线的多通道开度阀控制系统的设计

针对现有电动阀门控制系统可嵌入性差的问题，设计了一种基于CAN总线的网络化、多通道、开度型阀门嵌入式控制系统。其中，上位机主要用于下达各阀门开度等控制指令并同时监测其工作状态，而下位机采用双MCU架构，主MCU用于控制各阀门的开度大小，从MCU负责采集开度反馈电流以实现闭环控制。下位机采用了模糊PID算法进行控制参数的动态整定，可满足阀门在不同工况下的控制精度要求，并通过OLED屏显示各通道阀门的实际开度值。实验表明,该控制系统运行稳定，能实现对多通道开度阀的精准控制，控制精度在0.6%以内，并支持远程上位机控制和现地控制等多种工作模式。