大惯性柔性负载电液牵引系统联合仿真研究

在钢坯修磨机中,需要用液压马达驱动卷筒,用钢丝绳牵引台车及大质量钢坯在水平导轨上进行往返运动.这种牵引装置是集液压、机械和控制计算机的综合系统,系统中含有柔性的钢丝绳环节,使系统的设计非常复杂和困难.为了获得优化的系统方案和运行特性,提出采用多学科的设计分析软件进行建模,利用接口程序进行联合仿真,完成设计工作的技术路线,这种研究方法能够实时获得负载惯性、钢丝绳柔性和负载力的大小,在仿真计算中可以实时考虑这些参数对控制特性的影响.介绍了运用AMESim和ADAMS软件对系统进行建模和联合仿真的全过程,对比分析了结构参数的影响,给出研究结果.     

液电混合驱动液压挖掘机动臂特性及能效研究

液压挖掘机作业时,动臂频繁升降,举升过程中工作装置集聚的大容量重力势能,在下降时经控制阀转换为热能耗散掉,不仅造成非常大的能量损失,也使油液温度快速升高,需附加额外的冷却装置进行散热,油温的升高也常常引发液压系统故障。为此,提出电动缸为主、液压缸-蓄能器组合为辅的液电混合动臂驱动解决方案。动臂下降时,工作装置的重力势能转化为液压能存储在蓄能器中;动臂举升时,存储在蓄能器的液压能驱动液压缸辅助电动缸驱动动臂,电动缸仅需驱动惯性载荷和物料重力。在研究中,建立了液电混合驱动动臂的试验样机,对其运行特性和能效特性进行了试验测试。结果表明,较无重力势能回收的进出口独立控制系统,相同工况下,液电混合驱动方式降低能耗达72.7%,显著提升了挖掘机动臂举升系统的能量效率。     

基于双线性插值控制策略的比例流量阀特性研究

当前液压调速阀通常采用机械式压差补偿器或动态流量器等方式实现输出流量的精确控制,但存在机械结构复杂、通流量小,以及输出流量受负载影响大等不足。提出一种基于双线性插值的流量补偿策略,并将该策略应用到以Valvistor阀为主阀的比例流量阀中,形成具有数字流量补偿功能的比例流量阀,其包括主阀、先导阀、压力传感器和流量补偿器,压力传感器的作用是检测反馈主阀进、出口压力;流量补偿器以主阀进、出口压力和设定流量为输入变量,经双线性插值计算后,流量补偿器输出流量校正控制信号,调节先导阀开口以补偿主阀口压差变化对输出流量的影响,从而实现流量的精确控制。建立该比例流量阀的简化数学模型（不考虑流量补偿器）,研究发现输出流量、先导阀输入电压与主阀压差平方根之间存在着线性关系,基于此特征,设计基于双线性插值算法的流量补偿器,并利用仿真和试验对该流量阀的动、静态特性进行研究;结果表明该流量阀输出流量具有良好的静态控制精度且受主阀压差变化的影响较小;若主阀口压差越大,则主阀芯动态响应会越快;对于由负载压力阶跃变化产生的主阀压差而言,若主阀压差越大,则系统流量抗干扰能力随之减弱。     

基于气隙组合永磁弹簧的直动式溢流阀优化设计

航天伺服系统高压大流量的特点,对溢流阀的可靠性、稳压精度和推重比提出了更高的要求。然而大推力下的螺旋压缩弹簧一般体积较大,并且服役期间存在卡死、疲劳断裂、塑性变形等失效模式,给伺服系统带来安全隐患。提出一种基于气隙组合永磁弹簧的直动式溢流阀结构,非接触式的永磁弹簧可避免上述失效和卡死故障,采用气隙组合的优化设计得到了理想的刚度曲线,不仅可有效提高推重比,同时可以减小大刚度带来的开启瞬间压力波动。在此基础上结合有限元仿真与迭代优化,精确设计了凸缘结构来补偿液动力,进一步提高了稳压精度。仿真结果表明,气隙组合永磁弹簧溢流阀具有良好的动静态指标,其设计方法为永磁弹簧在液压系统中的应用提供参考与借鉴。     

工程机械作业机构能量回收技术研究现状

我国是全球最大的能源消费国,环境问题、原油进口和短缺危机已经成为我国持续发展的沉重负担。工程机械是我国的重要支柱产业之一,提高其能源利用效率是满足国民经济发展能源需求和应对环境问题的有效途径。针对工程机械许多作业机构都存在向系统回馈能量的情况,从工程机械动势能回收技术方面,介绍了对大质量和转动惯量的高频次作业机构进行节能降耗的主要技术进展和新的研究成果。希望能从能量回收原理和方法,推动行业发展和技术进步,从而提升我国工程机械的质量和水平。     

直线步进电机闭环控制的数字阀研究

研究了一种采用直线步进电机控制的数字阀的结构原理及其控制方法,同传统采用旋转式步进电机控制相比,采用直线型直接数字控制,可不用中间转换环节,避免了由于中间转换环节的磨损所带来的控制误差.在控制方法上,采用闭环控制方法,克服了开环控制容易失步的缺陷,达到精密定位控制的目的.试验结果表明采用直线步进电机驱动液压阀的思路是可行的.     

伺服阀流量动态校正改善电液位置系统性能的理论和方法

电液位置伺服系统起动过程会造成系统压力突降和执行器运动速度大幅波动,产生液压冲击;当系统有多个执行器工作时,系统压力突降会导致其他执行器产生误动作,甚至发生安全事故。针对上述问题,提出两种解决方法。一是将位置控制过程分解为速度和位置两个控制过程,且执行器的最大速度由系统最大流量和液体的压缩性限制。二是利用阀口压差对伺服阀流量进行修正。理论上阐述了两种方法的原理,采用数字仿真和试验进行了验证,结果表明,在不影响系统响应特性的前提下,两种方法可以消除电液位置伺服系统起动过程中的系统压力突降和产生的冲击。     

核心器件冗余的低能耗电液伺服纠偏控制技术

针对带钢生产线广泛应用的对中(对边)纠偏电液伺服系统,现有技术能源利用效率低、易发热,核心器件伺服阀和偏差检测传感器容易发生故障,造成生产中断的不足,提出采用双伺服阀主从控制、光电传感器和电容传感器组合检测带钢偏差、两套光电传感器组合的硬件冗余检测原理,减少纠偏系统发生故障的概率,降低因纠偏设备故障,引起生产中断造成的损失。提出用变转速驱动的定量泵,配合蓄能器按压力控制方式工作,改善系统的能量效率。研究中,制定串联和并联两种偏差传感器冗余的检测原理,试验测试光电检测和电容检测两种纠偏方式的动态特性和控制精度,对比在变转速和恒定转速驱动液压泵两种方式下,纠偏过程的能量消耗情况和动态响应特性,测试连续扰动下系统的纠偏过程,研究表明,采用新的控制方案,可以在降低系统能耗70%的基础上,满足纠偏过程动静态特性的要求,达到预期目标。     

储能液压缸协同驱动重型机械臂系统研究与优化

针对采用储能液压缸协同驱动重型机械臂升降来实现重力势能回收和利用的方法,研究了不同储能缸与驱动缸无杆腔面积比对系统节能效果的影响。分析了储能缸协同驱动回路控制动臂升降的工作原理,建立了系统的数学模型;以76 t液压挖掘机为例,在Simulation X中构建了整机的多学科联合仿真模型,并通过试验验证了模型的准确性。依据此模型对液压挖掘机空载和带载工况下,储能缸与驱动缸无杆腔面积比对系统能耗特性的影响进行优化仿真研究。仿真结果表明：在相同的工作周期,优化后储能缸协同驱动系统的液压泵输出能量约为732.0 kJ,较改进前节省能量约253.8 kJ,节能率由27.2%提高至46%,实现了节能效果的提高。     

开式容积与储能平衡协同控制挖掘机动臂的能效

为适应挖掘机电动化的发展需求,提出一种开式容积与储能平衡协同控制液压挖掘机动臂的原理,通过改变伺服电机转速控制定量液压泵输出流量匹配负载需求,三腔液压缸的独立储能容腔连接蓄能器,将动臂下降时的重力势能转化为液压能存储并在举升动臂时再利用。研究中,分别测试了变量泵和伺服电机的动态响应速度,并测试了定转速异步电机驱动变量泵、变转速伺服电机驱动定量泵这两种动力源的能效,构建了液压挖掘机动臂储能平衡试验测试系统,对比分析了这两种动力源驱动挖掘机动臂的能效特性。结果表明,与异步电机驱动变量泵作为动力源相比,采用伺服电机驱动定量泵作为动力源驱动挖掘机动臂可降低峰值功率19.8%,一个周期内降低能耗58.7%,节能效果非常显著。