变转速非对称泵直驱液压挖掘机斗杆试验研究

由于结构紧凑,易于并行驱动多执行器等优点,阀控液压缸系统被广泛应用于工业和工程自动化装备,存在问题是节流损失大,能量效率低。为了降低液压系统能耗,有效的方法是采用直接泵控技术,消除节流损失。但传统进出口流量对称型液压泵驱动非对称液压缸系统,需要附加复杂的回路补偿非对称液压缸面积差,并且当液压缸负载方向频繁变化时,控制腔交替变化,液压缸运行平稳性差。针对上述问题,提出一种能够匹配非对称液压缸面积差的非对称泵控缸闭式系统方案,并将其应用于控制具有四象限工作特性的液压挖掘机斗杆。为了验证新提出方案的可行性,在前期仿真研究基础上,构建非对称泵控液压挖掘机斗杆试验系统,对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行研究。测试结果表明,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,与采用泵阀复合进出口独立控制系统相比,一个工作循环降低能耗达57.0%。     

定转速伺服变量泵直控差动缸系统仿真与试验研究

以定转速变排量型泵控差动缸系统为研究对象,对系统进行理论分析,在仿真软件Simulation X中建立系统的仿真模型,对定转速伺服变量泵直控差动缸系统的位置控制特性进行仿真研究。搭建试验平台,用试验的手段对仿真结果进行验证,试验结果验证了仿真结果的正确性。仿真和试验结果表明,定转速伺服变量泵直接控制差动缸系统控制特性较好,为推广应用泵控系统提供了一定的技术支持。     

非对称泵控差动缸速度伺服系统特性

为解决差动缸两腔面积差引起的吸排油流量不对称问题,系统应用非对称泵的结构特点使其在运动过程中能进行自动补偿。但由于两腔面积差不是严格的比例关系以及系统存在气蚀、泄漏等非线性的影响,仍然存在差动缸伸出和收回速度不一致,动静态性能差,系统能耗大等问题。针对于此,分析非对称泵控差动缸系统四象限运行特性,建立能量传输模型,从理论上阐述能量消耗和速度的关系,并进行开环特性试验验证。进一步以差动缸速度和电动机转速的特性曲线为速度闭环控制的前馈函数,提出非线性动态前馈补偿控制策略,根据工况实时调用,将计算所得值作为电动机给定转速,对差动缸的速度进行动态补偿。仿真和试验结果表明,该控制策略有效改善差动缸伸出和收回速度动静态性能,提高了系统能量效率。     

非对称泵控装载机动臂特性研究

装载机通常采用阀控液压系统驱动动臂升降,上升过程积累了大量的动臂重力势能,在下降过程中经液压系统节流口节流作用耗散到环境中,频繁的升降过程产生了大量节流和溢流损耗,造成了系统发热与能量浪费.为消除液压系统的溢流与节流损失,提出采用闭式泵控原理驱动动臂单出杆液压缸;为平衡液压系统中单出杆液压缸的不对称流量和回收利用动臂的重力势能,提出含有三个配流窗口的非对称泵为闭式泵控液压系统供油.在非对称泵中,其中一个配流窗口与蓄能器相连,动臂下降阶段用于回收动臂重力势能,上升阶段与另外一个配流窗口共同为液压缸无杆腔供油,第三个配流窗口则与液压缸有杆腔相连.研究中,分析所提系统的工作原理,建立联合仿真模型,构建所提系统的试验平台,对所提系统的工作和能耗特性进行试验研究.试验结果表明,所提系统可平衡由闭式泵控单出杆液压缸造成的非对称流量,并实现动臂重力势能的回收,与原有阀控系统相比,最高可降低系统能耗47.19％.     

非对称泵直驱液压挖掘机斗杆特性研究

与阀控系统相比,泵控闭式系统具有无节流损失、驱动与动势能回收一体化的优点,是电液控制技术的发展方向,但对于目前广泛应用的单出杆液压缸,采用传统的进出口流量对称型液压泵,需要附加复杂的流量补偿回路平衡液压缸的面积差,在负载方向改变时会产生压力和速度突变,影响系统运行品质。为解决这些问题,提出一种能够匹配单出杆液压缸面积差的非对称泵闭式系统方案,在对称型轴向柱塞泵的基础上,将原配流窗口由2个修改为3个,其中与原泵出油口连通的窗口不变,连通单出杆液压缸的无杆腔。将原吸油窗口修改为2个,其中1个窗口与单出杆液压缸的有杆腔连通;第3个配流窗口为补偿窗口,与蓄能器或液压油箱连通。建立系统试验台,测试验证该新型系统方案的有效性,进一步将新回路原理用于控制液压挖掘机的斗杆,并对采用新方案后斗杆的运行和能效特性进行联合研究。研究表明,与传统对称泵控系统相比较,新系统具有良好的控制特性,可消除负载方向改变造成的速度波动,同时也显著降低了系统能耗。     

电液泵控差动缸的动态控制

该文针对电液泵控差动缸系统常出现的超压、气蚀问题,提出了二位三通电磁换向阀的动态补偿控制,以平衡差动缸动态过程中流量的不对称,设计了控制系统,通过MATLAB7．6／Simulink—Simscape对系统进行了建模仿真,得出了系统在不同频率的正弦信号和阶跃信号下的位移跟踪特性曲线以及差动缸两腔压力响应曲线,并对仿真结果进行了分析。     

开式泵控非对称缸负载容腔独立控制耦合特性

为解决闭式泵控非对称缸系统的流量不对称的问题,设计了开式泵控非对称缸负载容腔独立控制系统,并针对其非对称缸两腔采用不同控制算法时的参数耦合问题进行研究。以位置-压力组合控制为例,建立该系统数学模型并分析其耦合特性,进而提出位置前馈补偿解耦方法。基于600kN开式泵控油压机实验平台,验证其耦合及解耦特性。结果表明：在位置正弦扰动下,当频率分别为1Hz、1.25Hz时,位置前馈补偿算法对其耦合作用的抑制率分别为16.4%和14.8%。     

泵阀并联进出口独立系统特性

为结合阀控系统响应快和泵控系统能效高的优点,并减少传统四边联动阀带来的节流损失,提出一种泵阀并联进出口独立控制系统方案,应用于某6 t液压挖掘机动臂及斗杆系统。建立多学科联合仿真模型,设计泵阀协同驱动控制策略,研究了阀控单元与泵控单元输出功率比对系统特性的影响,并应用泵控单元消除了多执行器载荷差异带来的节流损失,对比分析传统进出口独立控制系统与所提系统的运行特性和能耗特性。仿真结果表明,增大阀控单元输出功率占比,可提高系统动态响应;增大泵控单元输出功率占比,可有效减少系统能耗。与传统进出口独立控制系统相比,该系统可减小节流损失90%,降低系统能耗41%,并改善重载执行器响应滞后现象。     

开式泵控非对称缸系统一阶轨迹灵敏度分析

泵控技术在工程机械、重型机械等领域应用广泛,但目前对其输出特性的分析较少。为了探究泵控系统关键参数对系统输出特性的影响,基于开式泵控非对称缸系统状态方程建立系统一阶轨迹灵敏度模型,并求出各参数的灵敏度函数曲线。提出了峰值灵敏度、均值灵敏度两个衡量指标,分析各参数变化对位移输出特性影响程度的大小。基于0.6 MN开式泵控油压机试验平台,验证灵敏度理论分析的准确性。结果表明:空载时,伺服变量泵2先导级伺服阀增益、伺服变量泵2和伺服变量泵1的先导级伺服阀时间常数影响较大;加载时,各参数两项灵敏度指标数值相近,其中伺服变量泵2的先导级伺服阀的增益、时间常数和油缸面积以及流量增益、系统比例增益影响较大。分析结果可为泵控非对称缸系统性能优化提供理论依据。     

轮式起重机臂用直驱式容积控制系统及其节能特性研究

介绍了一种应用于轮式起重机臂的直驱式容积控制系统,分析了在驱动竖直负载情况下该系统独特的节能优势。该系统通过使用双联泵控制非对称缸,使得非对称缸表现出对称缸的运动特性,克服了非对称缸的一些不足之处,并通过仿真和实验对所得结论进行了验证。      

Output characteristics of a series three-port axial piston pump

Driving a hydraulic cylinder directly by a closed-loop hydraulic pump is currently a key research area in the field of electro-hydraulic control technology,and it is the most direct means to improve the energy efficiency of an electro-hydraulic control system.So far,this technology has been well applied to the pump-controlled symmetric hydraulic cylinder.However,for the differential cylinder that is widely used in hydraulic technology,satisfactory results have not yet been achieved,due to the asymmetric flow constraint.Therefore,based on the principle of the asymmetric valve controlled asymmetric cylinder in valve controlled cylinder technology,an innovative idea for an asymmetric pump controlled asymmetric cylinder is put forward to address this problem.The scheme proposes to transform the oil suction window of the existing axial piston pump into two series windows.When in use,one window is connected to the rod chamber of the hydraulic cylinder and the other is linked with a low-pressure oil tank.This allows the differential cylinders to be directly controlled by changing the displacement or rotation speed of the pumps.Compared with the loop principle of offsetting the area difference of the differential cylinder through hydraulic valve using existing technology,this method may simplify the circuits and increase the energy efficiency of the system.With the software SimulationX,a hydraulic pump simulation model is set up,which examines the movement characteristics of an individual piston and the compressibility of oil,as well as the flow distribution area as it changes with the rotation angle.The pump structure parameters,especially the size of the unloading groove of the valve plate,are determined through digital simulation.All of the components of the series arranged three distribution-window axial piston pump are designed,based on the simulation analysis of the flow pulse characteristics of the pump,and then the prototype pump is made.The basic characteristics,such as the pressure,flow and noise of the pumps under different rotation speeds,are measured on the test bench.The test results verify the correctness of the principle.The proposed research lays a theoretical foundation for the further development of a new pump-controlled cylinder system.     

泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统特性

阀控液压系统动态响应快、功率密度大,但存在较大节流损失,无法解决多执行器系统载荷差异带来的节流损失;泵控非对称液压缸系统消除了节流损失,但需进行流量补偿,同时泵控多执行器系统装机功率和成本过高。针对上述问题,提出一种泵阀双源协同驱动非对称液压缸系统,并将其应用于某大型液压挖掘机斗杆系统。首先在SimulationX中构建了机电液联合仿真模型,通过与斗杆空载试验结果对比,验证了模型的准确性,然后设计了系统控制策略,最后通过仿真分析了不同控制系统斗杆运行特性和能耗特性。仿真结果表明,与电液流量匹配控制系统相比,该系统改善了斗杆运行平稳性,同时降低系统能耗达63.3%,并具备能量回收的潜力。     

盾构推进液压系统节能技术分析与验证

为解决盾构推进液压系统能耗高的问题,以常见的"泵控调速+阀控调压"与"阀控调速+阀控调压"两种控制系统为研究对象,对其工作原理进行详细地说明;通过理论和仿真对比分析两种推进系统的节能效果,得出"泵控调速+阀控调压"推进系统相对于"阀控调速+阀控调压"的节能比达到30％ ～40％,其推进系统节能效果更明显;最后通过工程应...     

基于DSP的泵控液压缸变频调速系统

变频泵控调速系统通过改变输入供电频率来改变电机的转速,从而改变定量泵的排量,实现对液压缸的速度调节.相比于传统的阀控调速系统,无节流损失,效率高,结构简单,精度高,适用于对精度要求高的大惯量液压提升机械.本文利用智能IPM模块及DSP控制器搭建1套基于DSP的泵控液压缸调速系统平台,通过DSP输出SVPWM波控制IPM...     

The high response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine using a variable rotational speed electro-hydraulic pump-controlled system

High response and high efficiency velocity control of a hydraulic injection molding machine (HIMM) is requested especially for the process of high-tech industries, such as CD and DVD disks, plastic optical lens, light guide plates, etc. Instead of the hydraulic valve-controlled systems that have the problem of low energy efficiency but have been used widely in today’s HIMMs, the paper develops a high response and high energy efficiency electro-hydraulic pump-controlled system driven by a variable rotational speed AC servo motor for achieving high response and high efficiency velocity control in HIMMs. A constant displacement axial piston pump combined with the AC servo motor is developed in this research as the high response electro-hydraulic pump-controlled system for the HIMMs. For that, the control strategy, signed-distance fuzzy sliding mode control (SD-FSMC) is developed to simplify the fuzzy rule base through the sliding surface for practical applications. The developed high response variable rotational speed electro-hydraulic pump-controlled system controlled by SD-FSMC is implemented and verified experimentally for velocity control with various velocity targets and external loading conditions. Furthermore, the energy efficiencies of different experiments are analyzed and compared precisely by the power quality recorder used to measure the electrical power consumed by the AC servo motor.     

模糊PID进出口独立控制装载机摇臂液压系统

传统装载机常采用四边联动滑阀的多路阀控制液压缸运动,致使进出液压油口节流损失大,尤其对于负载复杂多变工况的摇臂液压缸,能耗损失更为明显。为改进这些不足,提出了一种基于模糊PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统。采用AMESim,LMS Virtual.Lab Motion仿真软件建立了原机的机液联合仿真模型,并通过试验验证了所搭建模型的准确性。在原模型的基础上,构建了基于模糊自适应PID泵阀协同进出口独立控制的装载机摇臂液压系统仿真模型,并进行了动力性、能效特性的研究。结果表明,采用进出口独立模糊PID控制方法可显著降低阀口节流损失,在保持摇臂机构动力性不变的前提下,泵功率峰值在摇臂油缸阻抗和超越工况下分别降低了13.6%和46.8%。     

大型油气悬挂缸静、动态性能试验台设计

针对大型油气悬挂缸的静、动态性能试验,提出了一种由伺服电机驱动的定量液压泵/马达控制加载液压缸的节能型试验台设计方案,试验过程中能量的回收与存储采用超级电容。试验台可对被试悬挂缸施加多种激励,且液压主回路无节流。建立了加载系统的数学模型,并利用AMESim软件仿真了性能试验过程。研究结果表明：试验台的性能可以满足多种大型悬挂缸静、动态性能试验的需要,且能实现能量回收,相对于阀控系统能耗降低了约92%;超级电容储能方案避免了电机瞬时大功率运行对电网的冲击,大幅降低了配电系统的建设、改造成本。     

非对称轴向柱塞泵变排量控制特性分析

非对称轴向柱塞泵直接闭式控制单出杆液压缸系统具有结构紧凑、能效高和噪声低的优势,其排量控制特性直接影响泵控系统运行特性。基于此,提出基于斜盘摆角位移反馈的排量控制方案,根据电液比例排量调节工作原理,考虑弹性负载刚度及外负载力干扰的影响,建立了非对称轴向柱塞泵的变排量控制系统模型。通过MATLAB/Simulink仿真分析了不同活塞直径、负载刚度、斜盘摆角、负载压力对泵的出口流量动态特性的影响。仿真结果表明,减小液压缸活塞直径、增大负载刚度可以加快响应速度;增大负载压力可以提高响应稳定性。通过实验验证了仿真结果正确性,实验表明非对称泵的变排量工作性能稳定可靠。     

采用非线性流量特性补偿的直驱式变转速泵控系统轨迹跟踪控制

变转速电机-泵直驱电液系统的发展与伺服技术的提升使得泵控系统在保留高能效特性的同时,具有更高的硬件集成度和更快的响应速度;但是在低转速泵控工况下,此类系统依旧存在泵的流量非线性、流量偏差大等控制难点,使得变转速泵控系统难以完成高精度的执行器运动轨迹跟踪。为实现泵控液压缸系统的精密运动控制,提出了一种新颖的非线性流映射方案,以此得到精确的泵输出流量;同时,利用非线性自适应鲁棒反演控制策略(Adaptive Robust Controller Backstepping,ARCB)实现液压系统在高阶动力学、参数不确定性下的精确控制。试验表明,提出的控制策略可有效解决变转速泵的流量偏差问题,实现理想的控制性能和轨迹跟踪精度。