泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究
非对称液压缸的动态特性仿真研究_郝前华
第 6期
郝前华等 :非 对称液压缸的动态特性仿真研究
9 87
由铲斗自重 通过 连杆 传 递到 活塞 杆上 的 负载 力 FL′。 该 负 载力 FL′与铲 斗液 压 缸瞬 时 长度 L有 关 [ 10] 。 为简化分析 , 假设在时间 t=0时 , 对液压缸输入一阶跃负载力 FL =2 500 N, 同时输入一阶跃 流量 Q1 =110 L/min。
第 6期
郝前华等 :非 对称液压缸的动态特性仿真研究
9 85
现加速或减速的瞬态过程 。非对称液压缸的动态特性分析就是对这一瞬态过程中的输出压力和活塞运 动速度变化进行分析 [ 4] 。对液压系统的动态特性 , 国内有很多学者做了研究 。罗艳蕾 [ 5] 对液压节流调 速系统动态特性进行了仿真 , 崔昊等 [ 6] 对一开关型阀控液压缸进行了仿真与优化 , 史显忠等 [ 7] 对由对
根据式 (7)、(8)可求得外负载和流量单作用下液压缸活塞的速度 , 根据式 (9)、(10)可求得外负载 和流量单作用下液压缸工作腔的输出压力 。在外负载和流量的共同作用下 , 由叠加原理可知 , 液压缸的 输出压力和速度是它们单独作用于液压缸所引起的输出之和 。
根据式 (5)、(6)和图 2非对称液压缸方框图 , 在 MATLAB软件中建立铲斗液压缸仿真模块图 , 如图 3所示 。
质量 (kg);u为非对称液压缸活塞运动速度 (m/s);B为
粘性阻尼系数 (N· s/m);FL为负载力 (N)。 非对称液压缸工作腔的流量连续方程 [ 4]
图 1 非对称液压缸 ——— 负载系统 Fig.1 Theloadedsystem ofasymmetrical
Q1 =A1 u+CiP1 +Vβe1 ddPt1 ,
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》范文
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》篇一一、引言随着现代物流和工程机械的快速发展,起重机作为重要的设备之一,其运行效率和安全性成为研究的关键。
其中,液压系统作为起重机的核心组成部分,其控制性能的优劣直接关系到起重机的整体能效。
本文将重点分析起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性,探讨其工作原理及优化策略。
二、液压系统概述起重机液压系统是一个复杂的系统,主要由泵、阀、执行器等组成。
其中,泵负责提供动力,阀负责控制流体的方向和流量,执行器则是实现具体动作的装置。
泵阀协同压力流量复合控制液压系统通过精确控制泵的输出压力和流量,以及阀的开关状态,实现能量的高效利用。
三、泵阀协同控制原理起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统通过先进的控制系统,实现泵和阀的协同工作。
具体而言,系统根据工作需求,实时调整泵的输出压力和流量,同时通过阀的开关状态控制流体的流向和流量,从而达到最优的能量利用效果。
这种协同控制方式不仅可以提高工作效率,还可以降低能耗,延长设备的使用寿命。
四、能效特性分析1. 高效性:起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统通过精确控制泵和阀的工作状态,实现了能量的高效利用。
在起重机的各种工况下,系统能够根据实际需求调整输出压力和流量,避免了能量的浪费。
2. 节能性:该系统通过优化泵和阀的工作状态,降低了能耗。
相比传统的液压系统,该系统在保证工作效率的同时,显著降低了能源消耗。
3. 稳定性:泵阀协同控制系统具有较高的稳定性,能够在不同工况下保持系统的稳定运行。
这有助于提高起重机的作业精度和安全性。
4. 维护性:该系统采用先进的控制系统和高质量的液压元件,降低了维护成本和维修频率。
同时,系统的自诊断功能可以帮助及时发现并解决问题,提高了设备的可用性。
五、优化策略为了进一步提高起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性,可以采取以下优化策略:1. 引入先进的控制系统:采用先进的控制算法和传感器技术,实现更加精确的泵阀协同控制。
非对称轴向柱塞泵变排量控制特性分析
非对称轴向柱塞泵变排量控制特性分析张婉茹;熊晓燕;黄家海;罗刚;成杰【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2017(000)002【摘要】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.【总页数】6页(P11-16)【作者】张婉茹;熊晓燕;黄家海;罗刚;成杰【作者单位】太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司,甘肃兰州730070;太原科技大学机械工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH137.7【相关文献】1.排量控制阻尼孔对轴向柱塞泵动态响应特性的影响分析 [J], 李和言;路华鹏;马彪2.变排量非对称轴向柱塞泵控制特性分析 [J], 黄家海;贺伟;郝惠敏;权龙3.变排量非对称轴向柱塞泵动态特性分析 [J], 贺伟; 黄家海; 郝惠敏; 权龙4.变排量非对称轴向柱塞泵控制性能分析 [J], 杨迦迪;赵斌;武兵;王君;兰媛5.变转速变排量双控轴向柱塞泵脉动特性及噪声研究 [J], 闫政;权龙;黄家海因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
非对称泵控差动缸速度伺服系统特性
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 。
关键词 :差动缸 非对称泵 非线性 动态 前馈 能量效率 中图分类 号:T H 6
Ch a r a c t e r i s t i c s o f As y mm e t r i c a l Pum p Co n t r o l l e d Di f f e r e n t i a l Cy l i n d e r S pe e d Se r v o S y s t e m
T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 )
Ab s t r a c t :I n o r d e r t o s o l v e t h e lo f w a s y mme t r y o f he t d i fe r e n t i a l c y l i n d e r c a u s e d b y t wo - c h a mb e r a r e a d i f e r e n c e , he t s t r u c t u r e c h a r a c t e i r s t i c s o f a s y mm e t r i c a l p u mp i s a p p l i e d t o c o mp e n s a t e a u t o ma t i c a l l y lo f w d u r i n g mo t i o n . Ho we v e r , b e c a u s e he t d i fe r e n c e o f w o t — c a v i t y re a a i s n o t a s t r i c t p r o p o r t i o n r e l a t i o n a n d t h e r e re a n o n l i n e r a e f e c t s s u c h a s c a v i t a t i o n s a n d l e a k s ,t h e s p e e d i s i n c o n s i s t e n t wh e n d i fe r e n t i a l c y l i n d e r s t r e t c h e d a n d r e t r a c t e d ,t he p e r f o r ma nc e o f d y n a mi c a n d s t a t i c i s p o o r ,a n d he t e n e r g y
非对称泵控单出杆液压缸实验方法研究
非对称泵控单出杆液压缸实验方法研究王爱红;韦关龙;刘等卓;吕振峰;成杰【摘要】非对称泵是一种可平衡单出杆液压缸有杆腔和无杆腔不对称流量的新型高效节能元件,对消除或减少液压系统能量损失具有显著效果,故需要在现有研究基础上从原理、功能及使用等方面不断完善改进,以便于投入到工程应用中.由于非对称泵结构的特殊性,进行泵控单出杆液压缸台架实验设计是非对称泵在液压回路中使用的基础性研究.实验回路中,非对称泵A油口接单出杆液压缸有杆腔、B油口接单出杆液压缸无杆腔、C油口接蓄能器、利用DSpace控制非对称泵斜盘倾角,达到变量控制液压缸.理论和实验表明,非对称泵可以有效匹配单出杆液压缸有杆腔和无杆腔不对称流量,实现非对称泵控单出杆液压缸的有效节能控制.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】5页(P440-444)【关键词】非对称变量泵;单出杆液压缸;斜盘倾角;DSPACE【作者】王爱红;韦关龙;刘等卓;吕振峰;成杰【作者单位】太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024;太原科技大学机械工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH322负载敏感控制系统当几个执行器同时工作,只有压力最高的负载效率较高,其他负载用压差补偿会产生较大的节流损失[1]。
为了消除阀控系统的节流损失,原德国汉堡工业大学Monika教授在1998年提出将全泵控技术用于工程车辆上,以变量泵/马达为控制元件消除节流损失、实现能量回收利用[2]。
实验表明在轮式装载机上采用泵控差动缸液压系统,燃油消耗量可降低15~25%[3],挖掘机采用泵控技术,可降低燃油消耗49% [4].国外Rexroth公司、美国Vickers公司、德国Aachen工业大学液压研究所、普渡大学、Hamburg工业大学等 [5-7],国内哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、太原理工大学等对泵控技术都进行了相关研究[8-11]。
变排量非对称轴向柱塞泵控制特性分析
泵控舵机液压缸动态特性研究
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》一、引言随着现代物流和工程建设的快速发展,起重机作为重要的工程机械,其工作效率和能效特性直接关系到工程进度和成本。
在起重机的众多技术环节中,液压系统是核心部分之一。
本文将重点分析起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性,以期望通过技术手段提高起重机的作业效率与节能效果。
二、液压系统概述起重机的液压系统主要依靠泵阀等核心部件的协同作用,实现对压力和流量的精准控制。
泵负责提供动力,阀则负责调节和控制液压油的流向和压力,以驱动起重机的各种动作。
其中,泵阀协同控制技术是当前工程机械液压系统的研究热点。
三、泵阀协同压力流量复合控制原理泵阀协同压力流量复合控制液压系统通过先进的控制系统,实现对泵和阀的协同控制。
这种控制方式能够根据实际工作需求,动态调整泵的输出功率和阀的开启程度,从而达到在满足作业要求的同时,实现能耗的最优化。
这种控制策略不仅提高了作业效率,也降低了能源消耗。
四、能效特性分析(一)节能性分析采用泵阀协同控制的液压系统,能够根据实际工作负载的变化,自动调整泵的输出功率和阀的开启程度。
当负载较轻时,系统会自动降低泵的输出功率,减少不必要的能源浪费;当负载较重时,系统则会增加泵的输出功率,以保证作业的顺利进行。
这种智能调节机制使得起重机在各种工况下都能保持较高的能效水平。
(二)效率性分析泵阀协同控制的液压系统通过精确的压力和流量控制,使得起重机的各项动作更加迅速、准确。
这不仅能够提高作业效率,减少作业时间,还能减少因操作不当导致的设备损坏,从而延长设备的使用寿命。
(三)稳定性分析该液压系统具有较好的稳定性,能够在不同工况下保持系统的稳定运行。
这得益于先进的控制系统和智能调节机制,使得系统能够根据外界环境的变化,自动调整参数,保证系统的正常运行。
五、结论通过对起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性分析可以看出,这种控制系统具有显著的节能效果、高效率和良好的稳定性。
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》
《起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统能效特性分析》摘要:本文以起重机液压系统为研究对象,重点分析泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性。
通过对系统的工作原理、控制策略以及实际运行中的能效表现进行深入研究,旨在为起重机液压系统的优化设计提供理论依据和实用建议。
一、引言起重机作为重要的工程机械,其液压系统在提升重物、稳定运行等方面发挥着关键作用。
随着科技的发展,起重机液压系统的控制技术也在不断进步,其中泵阀协同压力流量复合控制技术是当前研究的热点。
这种技术能够根据实际工作需求,实现压力和流量的精确控制,从而提高系统的能效表现。
二、液压系统工作原理及结构特点起重机液压系统主要由液压泵、阀组、执行机构等部分组成。
其中,泵阀协同压力流量复合控制技术是通过优化泵的输出和阀的调节,实现对压力和流量的精确控制。
该系统具有结构紧凑、响应迅速、控制精度高等特点。
三、泵阀协同控制策略分析泵阀协同控制策略是提高液压系统能效的关键。
通过分析系统的压力和流量需求,合理分配泵的输出功率和阀的调节范围,实现能量的高效利用。
此外,该策略还能根据工作环境的变化,自动调整控制参数,以适应不同的工作需求。
四、能效特性分析1. 能量损失分析:在液压系统中,能量损失主要来源于泵的输出功率与实际需求之间的不匹配、管路压力损失以及阀的调节损失等。
通过优化泵阀协同控制策略,可以减少这些能量损失,提高系统的能效表现。
2. 效率评估:通过对起重机液压系统在各种工况下的能效进行测试和评估,发现泵阀协同压力流量复合控制技术能够显著提高系统的效率。
特别是在重载和高速运行工况下,该技术的优势更加明显。
3. 温度与泄漏:液压系统的温度和泄漏情况也是衡量能效的重要指标。
通过优化系统设计,减少管路压力损失和阀的调节损失,可以有效降低系统温度并减少泄漏,进一步提高能效。
五、结论与建议通过对起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性分析,我们可以得出以下结论:1. 泵阀协同控制策略能够有效提高起重机液压系统的能效表现,减少能量损失。
对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究
摘要 : 对称四通阀控对称液压缸的分析结果对对称四通阀控非对称液压缸动 态特性研究已不适用 。在建立对称四通阀控非对称液压缸动态数学模型的基础 上 ,利用 Matlab 中的 Simulink 构建了仿真模型 , 并结合具体系统对其动态特性进 行了仿真研究 ; 通过试验得到了实测阶跃响应曲线和输出位移曲线 。对比分析可 以看出仿真结果与试验结论基本吻合 ,论证了动态数学模型的正确性 ,同时表明计 算机仿真是研究该类系统动态特性的有效途径 。 关键词 : 伺服阀 ; 非对称液压缸 ; 动态特性 ; 仿真与试验 中图分类号 : TH137. 52 文章编号 :1004 - 132 Ⅹ( 2004) 06 - 0471 - 04
FJ x p = 0 FM =
¨
・ ¨ (・ x p / | x p | ) FD x p ≠0
式中 , m p 、 B p 分别为活塞和负载折算到活塞上的总质量 与总阻尼系数 ; kp 为负载的弹簧刚度 ; x p 为液压缸位移 ;
FL 为外负载力 ; FM 为摩擦力 。
以上方程完全描述了对称四通阀控非对称液 压缸的动态特性 , 是动态特性研究和建立仿真模 型的基础 。
本文在对对称四通阀控非对称液压缸建模的基础上所得结论对该类系统的设计具有一定的指导意义分别为活塞和负载折算到活塞上的总质量与总阻尼系数kp为负载的弹簧刚度fl为外负载力fm为摩擦力以上方程完全描述了对称四通阀控非对称液压缸的动态特性是动态特性研究和建立仿真模型的基础动态特性的数学描述假定阀匹配对称仿真分析仿真模型matlabsimulink为系统仿真提供了强大且不考虑管道的动态损失则对称四通阀控非对称液压缸的动态特性可由伺服阀流量方程伺服阀液压缸流量连续方程和液压缸力平衡方程等描述伺服阀流量方程按照根据数学模型可直接建立系统的仿真模型为若干个子系统
非对称轴向柱塞泵配流盘泵控液压系统液压挖掘机论文
非对称泵配流特性及其在挖掘机动臂回路中的应用【摘要】液压挖掘机是最为常用的土方机械之一,作为一种多功能的工程机械,在建筑施工机械中有着非常重要的地位,由于其强大多功能适应性,在整个世界范围内都有很大的发展潜力。
目前市场上所使用的大多数挖掘机的液压系统都是运用各种控制阀来实现压力,流量和方向的控制,基于这种液压控制系统的传统液压挖掘机被称之为阀控挖掘机。
由于各类方向阀、压力阀和流量阀的飞速发展,阀控液压系统理论已经发展比较完善。
阀控式液压挖掘机占据很大的市场份额。
但是由于阀控液压系统本身存在的不可避免的节流损失问题,在增大系统装机功率的同时,导致阀控液压挖掘机出现燃油使用量大、耗油高、排放差、液压系统发热量大、效率低等问题。
近些年来随着人们的环保意识越来越强,高效节能的呼声越来越高,液压系统的各种控制技术及传动方式之间的竟争日趋激烈,节能型挖掘机必然会成为挖掘机发展的方向和趋势,挖掘机液压系统面临着节能减排的重大技术革新问题。
如何降低液压挖掘机的能耗、提高其能量利用率是各国液压挖掘机生产企业接下来要追求的主要目标,这也是论文的基本出发点。
阀控液压系统控制系统本身成为制约挖掘机技术进一步发展的技术难题,对比了泵直接闭式控制对称液压缸和泵控马... 更多还原【Abstract】 Hydraulic excavator is one of the most commonlyused earth mover, as one kind of the multi-functionalengineering machineries, because of its powerfulmulti-functional adaptation,Hydraulic excavator has a very important role in the construction machinery, and has a great potential in the whole world market. Currently, most of the hydraulic excavators used the variety of valves to control the pressure, flow and direction of hydraulic system, this based on the hydraulic control system traditional ... 更多还原【关键词】非对称轴向柱塞泵;配流盘;泵控液压系统;液压挖掘机;【Key words】New axial piston pump;Valve plate;Pump controlled hydraulic system;Mini hydraulic excavator;【索购硕士论文全文】Q联系Q:138113721 139938848 即付即发目录摘要3-6ABSTRACT 6-8第一章绪论13-271.1 课题研究的背景及科学意义131.2 电液控制系统的发展和运用13-231.2.1 阀控液压系统介绍14-181.2.2 泵控液压系统18-231.3 计算机仿真技术简介23-241.3.1 仿真技术产生的背景23-241.3.2 仿真技术的发展241.4 论文的主要研究内容和创新点24-271.4.1 论文研究的主要内容251.4.2 论文研究的创新点25-27第二章新配流原理及新型液压泵三维模型27-412.1 多学科仿真软件SimulationX功能介绍27-302.1.1 仿真软件SimulationX建模方式282.1.2 SimulationX的标准模型库28-292.1.3 SimulationX的主要特点29-302.2 三维建模软件Pro/E功能介绍30-322.3 新配流原理介绍32-342.3.1 新配流方案的提出32-332.3.2 系统集成技术控制方案33-342.4 新配流方案的特点34-362.4.1 两种配流方案的共同特点34-352.4.2 两种配流方案的对比352.4.3 新配流方案噪声来源分析35-362.5 两种新型液压泵三维模型36-402.5.1 液压泵普通元件模型36-382.5.2 液压泵核心元件模型38-392.5.3 泵总装模型39-40第三章串联型三配流窗口轴向柱塞泵特性研究41-613.1 串联型三配流窗口泵配流方案41-423.2 串联型三配流窗口柱塞泵建模及仿真42-473.2.1 单柱塞配流面积43-453.2.2 泵泄漏量计算45-473.2.3 单柱塞模型473.3 压力流量特性47-533.3.1 斜盘满偏角时泵出口排量47-483.3.2 不同转数下泵的各口流量曲线48-493.3.3 非死点过渡区域分析49-503.3.4 阻尼孔对流量压力脉动的影响503.3.5 软管对流量脉动的影响50-523.3.7 仿真验证52-533.4 泵几何结构及样机53-543.4.1 配流盘及泵后盖结构53-543.4.2 泵的缸体和样机结构543.5 试验验证54-593.5.1 时域分析55-563.5.2 频域分析56-583.5.3 噪声特性分析58-593.6 结论59-60第四章并联型双作用轴向柱塞泵特性研究61-874.1 双作用配流方案61-634.1.1 双作用配流方案的提出61-624.1.2 双作用泵缸体及样机模型62-634.2 应用前景63-654.3 双作用配流方案建模与仿真65-714.3.1 单柱塞配流面积计算65-694.3.2 泵泄漏量计算69-704.3.3 单柱塞模型70-714.4 泵压力流量特性研究71-734.4.1 单作用泵模式71-724.4.2 双作用泵模式72-734.5 仿真与试验对比73-794.5.1 时域分析74-764.5.2 频域分析76-774.5.3 泵噪声特性分析77-794.6 两种双作用泵对比79-844.6.1 回路控制原理79-814.6.2 试验对比分析81-844.7 结论84-854.8 本章小结85-87第五章泵控差动缸回路在小型挖掘机上的运用87-1095.1 阀控式小型液压挖掘机简介87-885.2 试验平台YC60-7小型挖掘机介绍88-895.3 阀控挖掘机虚拟样机的建立89-965.3.1 挖掘机三维实体模型89-945.3.2 阀控挖掘机液压系统模型建立94-965.4 挖掘机工作部分泵控系统的运用96-1025.4.1 新型液压泵模型975.4.2 泵直接控制差动缸回路模型97-1015.4.3 泵直接控制系统在挖掘机工作部分上的运用101-1025.5 两种系统能量消耗情况102-1075.5.1 阀控挖掘机工作循环及能量消耗103-1065.5.2 泵控挖掘机能量消耗106-1075.6 本章小结107-109第六章论文总结与工作展望109-1136.1 论文总结109-1106.2 工作展望110-113参考文献。
非对称液压缸伺服泵控系统控制模型及其参数辨识研究
非对称液压缸伺服泵控系统控制模型及其参数辨识研究徐坤;朱灯林;梅志千;陈成【摘要】针对非对称液压缸伺服直驱泵控系统控制建模及其参数辨识的问题,分别对伺服电机和泵控非对称液压缸系统进行了理论分析建模,得到了传递函数的模型结构及其阶数.对传统控制理论中的幅频特性测量传递函数方法进行了说明,提出了一种将理论分析建模与系统辨识建模相结合的精确求解系统传递函数的方法,并对伺服电机和泵控非对称液压缸系统分别进行了幅频特性实验,最后采用上述方法得到了非对称液压缸伺服泵控系统控制模型的主要参数和传递函数.研究结果表明:该方法可用于求解系统的传递函数,具有一定的实际应用意义;该方法可为液压机伺服直驱泵控系统的精确控制打下基础.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】5页(P524-528)【关键词】液压伺服泵控技术;传递函数;参数辨识;幅频特性【作者】徐坤;朱灯林;梅志千;陈成【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213000;常州市特种机器人及智能技术重点实验室,江苏常州213000;河海大学机电工程学院,江苏常州213000;常州市特种机器人及智能技术重点实验室,江苏常州213000;河海大学机电工程学院,江苏常州213000;常州市特种机器人及智能技术重点实验室,江苏常州213000;河海大学机电工程学院,江苏常州213000;常州市特种机器人及智能技术重点实验室,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】TH39;TH137.9;TP230 引言常用的液压伺服系统主要有两种:伺服阀控系统和伺服直驱泵控系统。
伺服阀控系统采用伺服阀控制流向液压缸的流量,优点是响应速度快、动态特性好,但具有对液压油品质要求高、温升高、效率较低、功率损失大等缺点[1];伺服直驱泵控系统通过改变伺服电机转速改变油泵的输出流量,从而改变液压缸运动,可实现液压缸的速度控制[2-4]。
伺服直驱泵控系统具有结构紧凑、元件少、故障点少、对油品要求低、系统功率损失小、效率高、调速范围宽、易实现高精度控制的优点,因而广泛用于大功率重载设备的速度控制[5-7]。
直驱电力液压缸的轴向非对称阀的优化研究
直驱电力液压缸的轴向非对称阀的优化研究随着机械制造技术的不断发展,液压技术在工业生产中也得到了越来越广泛的应用。
而直驱电力液压缸作为一种新型驱动方式,其具有速度快、精度高、稳定性好、噪音小等优点,受到了越来越多企业的青睐。
然而,液压缸内部的阀门控制系统对其性能影响极大,特别是轴向非对称阀的设计与性能优化,是目前研究的热点之一。
一、直驱电力液压缸的工作原理直驱电力液压缸由电机、液压泵、液压缸和控制系统等几个部分组成。
其工作原理类似于传统的液压缸,不同之处在于直驱电力液压缸不需要传统的液压控制阀,而是通过直接控制液压缸内的阀门来实现液压控制。
具体来说,当电机启动时,通过液压泵将油液导入液压缸的阀门控制系统,对阀门进行控制,从而实现液压缸的伸缩运动。
由于直驱电力液压缸内部不需要传统的液压控制阀,其结构简单,运动速度和定位精度高,特别适用于高速、高精度的机床等自动化装备中。
二、轴向非对称阀的结构与工作特点轴向非对称阀相对于传统的轴向对称阀,其阀芯和阀座的布局不对称,从而在液压系统中的特性表现出了许多独特的性能特点。
首先,轴向非对称阀的流量范围大,能够满足液压系统在不同负载下的需求。
其次,阀芯和阀座的布局不对称,在控制高速流动时更加精准,反应更快,定位精度更高。
此外,轴向非对称阀在工作时噪音较小,使得其在高速运动的机器人等领域得以广泛应用。
三、轴向非对称阀的优化设计方案为了进一步优化直驱电力液压缸的轴向非对称阀的性能,需要根据实际应用需求进行结构与工艺优化。
具体来说,如下几个方面是非常值得注意的。
首先,针对轴向非对称阀自身的结构特点,需要在阀芯和阀座设计上进行优化,以缩小阀芯与阀座的间隙,提高流体密封性,降低泄漏率。
其次,在轴向非对称阀材料的选择上,需要考虑材料的强度、硬度、韧性和抗疲劳性等多个因素,以保证阀门在高负载环境下的稳定性和耐久性。
另外,对于直驱电力液压缸的控制系统,需要采用高精度的传感器和精准的调节算法,保证液压力控制的精度和稳定性。
液压系统的能量回收与节能研究
液压系统的能量回收与节能研究引言液压系统以其高功率密度、可控性好和动力传递效率高等特点,在工业和农业领域中得到了广泛应用。
然而,液压系统在能量消耗方面存在着一定的问题,如能量的浪费、热量的损失等。
因此,对液压系统的能量回收与节能进行研究,对于改善系统的能效和减少能源浪费具有重要意义。
一、能量回收的原理和方法1.液压系统的能量回收原理2.液压系统能量回收的方法液压系统的能量回收方法主要包括液压元件的优化设计、流体能量的再利用和压力能的储存与回收。
其中,通过液压元件的优化设计,降低系统的内部能量损失;流体能量的再利用,利用再生装置回收系统中的流体能量,将其送到负载侧以满足工作需求;压力能的储存与回收,利用液压蓄能器储存系统中的压力能,以便在需要时释放。
二、液压系统节能的途径与方法1.液压元件的优化液压泵、液压马达和液压缸等液压元件的优化设计是实现液压系统节能的关键。
通过改进工艺、材料选择和制造工艺等方式,降低液压元件的摩擦损失和内部能量损耗,提高系统的效率。
2.流体动力系统的优化对流体动力系统的优化设计是减小系统功率损耗的重要手段。
通过减少管道布置的长度和弯头、合理选择管道直径和使用光滑的内衬等方式,减小流体摩擦阻力和压降,降低系统的功耗。
3.控制系统的改进采用先进的控制技术和控制策略,如负载敏感控制、流量控制和压力控制等,可以减小系统的压力损耗和能量损耗,从而提高系统的工作效率。
4.能量回收装置的利用利用再生装置以及液压蓄能器等能量回收装置,对系统中的能量进行回收和再利用,减少能源浪费,并提高系统的能效。
结论液压系统的能量回收和节能研究是实现液压系统高效节能的重要手段。
通过优化设计液压元件、优化流体动力系统、改进控制系统和利用能量回收装置等途径,可以降低能源消耗,提高系统的能效和工作效率。
在未来的研究中,还需要进一步探索新的节能技术和方法,以满足日益增长的能源需求和环境保护的要求。
电液比例阀控非对称缸系统的负载流量特性
电液比例阀控非对称缸系统的负载流量特性曾乐;谭建平;杨俊;周宇峰【摘要】针对液压缸正反方向运动特性不一致问题,建立包含死区的电液比例阀控非对称液压缸系统的数学模型,分析外负载变化、液压缸结构不对称对系统特性的影响。
根据系统的数学模型得到比例阀开口处于线性区域时系统在任意负载状态下的负载流量特性曲线。
研究结果表明:随着液压缸两腔面积比的减小,系统的不对称特性增大;随着压力负载增加,系统的非对称性先减弱后增强;随着拉力负载的增加,系统的非对称性增强;实际负载流量比与理论负载流量比相对误差不超过6%,验证了负载流量特性分析的正确性。
%Aiming at the inconsistent dynamic property, the mathematic model of asymmetric electrohydraulic proportional system with dead zone was built, and the asymmetric property of the system was analysed based on the model with the influence of the load and the asymmetric structure. The load flow property curve in any load situation was obtained using the mathematic model when the proportional valve was in the linear flow zone. The results show that the asymmetric property of proportional valve is more obvious with the increase of pulling load and the decrease of the area proportion, but is less obvious at first and then more with the increase of pressure load. The relative error between the actual load flow proportion and the theoretical value is less than 6%and the analysis of the load flow property is verified correct.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(047)007【总页数】6页(P2281-2286)【关键词】电液比例阀;非对称特性;死区;负载流量比【作者】曾乐;谭建平;杨俊;周宇峰【作者单位】中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083; 长沙航空职业技术学院航空机械制造工程学院,湖南长沙,410124;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083;中南大学机电工程学院,高性能复杂制造国家重点实验室,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TH117电液比例系统控制精度高,价格相对伺服阀较低,且对介质污染不敏感,因而应用于工业液压控制中[1-3]。
非对称液压缸位移伺服系统的复合控制策略与试验研究
非对称液压缸位移伺服系统的复合控制策略与试验研究
鄂东辰;董兴华;蔡玉强;王志军;路时雨;张立杰
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2024(52)3
【摘要】非对称液压缸的位移伺服系统存在两腔作用面积不等、系统模型不确定等特点,给液压缸高精度位移跟踪控制造成了巨大的困难。
对此,提出以速度前馈为主与位移反馈为辅的复合控制策略。
设计一种新的以控制电流和阀口压差为自变量的伺服阀流量计算模型,并根据该模型设计液压测试回路,通过测试结果辨识模型中的参数。
根据伺服阀流量模型与目标位移轨迹计算速度前馈控制量。
基于PI控制求出位移误差反馈控制量。
最后,将速度前馈和位移反馈控制量相叠加作为伺服阀的驱动电压。
通过试验得出在复合控制策略下液压缸位移跟踪的最大误差与目标位移幅值之比为2.1%,相对PID控制跟踪误差明显减小。
提出的控制策略为生产实际中非对称液压缸的位移跟踪控制提供了一种简单、有效的方法。
【总页数】5页(P131-135)
【作者】鄂东辰;董兴华;蔡玉强;王志军;路时雨;张立杰
【作者单位】华北理工大学机械工程学院;唐山工业职业技术学院;燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TP237
【相关文献】
1.非对称阀控制非对称缸位置伺服系统理论分析与试验研究
2.对称四通阀控非对称液压缸伺服系统动态特性研究
3.一种模糊自整定PID复合控制在非对称液压缸电液伺服系统中的应用
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5.具有非对称阀的非对称动力机构位置伺服系统的控制策略及仿真研究
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泵控非对称液压缸系统能效特性对比研究王波;李运华;赵斌;葛磊;权龙【摘要】以现有对称泵控非对称缸系统和新型三油口泵控非对称缸系统为对象,对四象限工况下两种系统的能效特性进行了对比研究.介绍了两种系统的工作原理,对系统能效进行了理论分析,进一步在Simulation X软件中进行了仿真研究,并讨论了负载力大小对系统能效的影响.仿真结果表明,与对称泵控系统相比,三油口泵控系统第Ⅰ象限内,可提高系统能量效率7.6%,减少系统能量损失66%;第Ⅲ象限内,可提高系统能量效率21.2%,减少能量损失86.4%,因此具有更好的能效特性,节能效果显著.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】7页(P8-14)【关键词】对称泵;三油口泵;四象限工况;能效特性【作者】王波;李运华;赵斌;葛磊;权龙【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100191;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原 030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH137引言传统液压阀控系统响应速度快、控制精度高,但存在节流损失大、系统效率低和能量浪费大等问题[1]。
为了提高系统能量效率,最直接的方法是采用泵控系统,通过控制液压泵的排量或转速,直接无节流损失地驱动液压执行器,具有较高的能量效率[2]。
根据执行元件的不同,泵控系统进一步可分为泵控对称缸(马达)和泵控非对称缸两种。
其中,泵控对称缸系统研究起步较早,技术成熟,已广泛应用于飞机舵机等系统。
而泵控非对称缸系统、液压泵流量与液压缸两腔面积不匹配,如何补偿液压缸面积差造成的不对称流量是其需要解决的首要问题[3]。
为此,LODEWYKS[4]提出了采用液压变压器和采用同轴驱动的2个变排量泵两种方案来补偿液压缸面积差造成的不对称流量。
MONIKA课题组[5]对采用液控单向阀补偿不对称流量的泵控系统进行了深入研究,并设计了挖掘机整机混合动力泵控系统,通过与闭式液压泵同轴联接的辅助泵/马达、以扭矩耦合的方式对负载势能进行回收,与负载敏感系统相比,系统能耗降低了50%[6]。
权龙[7-8]提出了一种采用2个独立驱动的变转速泵控制液压缸两腔、通过控制电机转速来平衡系统不对称流量的分腔容积控制方法。
进一步设计了一种新型三油口液压泵,将液压泵配流窗口由2个改为3个,用配流窗口来平衡系统的不对称流量[9],并将该液压泵用于驱动挖掘机斗杆,获得了良好的控制特性和节能效果[10-11]。
赵丁选[12]采用并联驱动的2个变排量泵补偿液压缸的不对称流量,并增加了蓄能器平衡负载重量和回收重力势能。
姚静[13]提出了一种通过同轴驱动的2个开式液压泵分别控制液压缸的两腔,用液压泵的排量来平衡不对称流量的开式泵控原理。
综上所述,经过多年发展,泵控非对称缸技术取得了很大的进步,有了多种解决方案,但各方案的系统成本、能效特性均有差别。
而现有工作对各类型泵控方案的对比研究较少,哪种方案具有更高的性价比和更好的能效特性尚无定论。
为此,以现有的对称泵控非对称缸系统[5]和新型三油口泵控非对称缸系统[11]为对象,对两种系统在四象限工况下的能效特性进行了对比研究。
1 对称泵控非对称液压缸系统原理图1所示为对称泵控非对称缸系统原理,系统采用电机驱动闭式泵/马达,闭式泵/马达的2个油口直接与液压缸的两腔连通,通过改变闭式泵/马达的斜盘摆角可实现对液压缸的速度和方向的控制。
同时,为了平衡液压缸面积差造成的不对称流量,增加了由定量泵、蓄能器和溢流阀组成的流量补偿回路和大流量的液控单向阀。
1.闭式泵/马达 2.流量补偿回路3a、3b.液控单向阀 4a、4b.溢流阀图1 对称泵控非对称缸系统液压缸伸出和收回时,根据不同的负载力和速度方向,系统可分别处于四个象限内进行工作。
图2给出了系统的四象限运行工况,v为液压缸运行速度,FL为液压缸负载力,m为负载质量,AA、AB分别为液压缸无杆腔和有杆腔面积,pA、qA 分别为液压缸无杆腔的压力和流量,pB、qB分别为液压缸有杆腔的压力和流量,qAf为流量补偿回路与液压缸无杆腔交换油液的流量,qBf为流量补偿回路与液压缸有杆腔交换油液的流量。
图2 对称泵控系统四象限运行工况第Ⅰ象限时,液压缸阻力伸出,电机驱动闭式泵/马达向液压缸无杆腔供油,无杆腔为高压驱动腔,面积大、需求流量多,流量补偿回路通过液控单向阀3b向系统提供需求的流量平衡液压缸的不对称流量。
第Ⅱ象限时,在负载力的作用下,液压缸伸出,有杆腔为高压驱动腔,闭式泵/马达在有杆腔高压油的驱动下带动电机发电,流量补偿回路通过液控单向阀3a向系统补油。
第Ⅲ象限时,液压缸阻力收回,电机消耗能量,驱动闭式泵/马达向有杆腔供油,在有杆腔高压油的作用下,液控单向阀3a打开,系统向流量补偿回路排油。
第Ⅳ象限时,液压缸在负载力的作用下收回,电机工作在发电状态,无杆腔多余的流量通过液控单向阀3b和流量补偿回路流回油箱。
2 三油口泵控非对称缸系统原理图3给出了三油口泵控非对称缸系统工作原理,系统采用了变转速电机驱动新型三油口液压泵,通过改变电机的转速和转向来控制液压缸的运行速度和方向。
其中,新型三油口泵通过配流盘平衡液压缸的不对称流量,油口a与液压缸无杆腔连通,油口b与液压缸有杆腔连通,油口c与油箱连通。
理论上,通过调整配流盘窗口面积使3个油口的排量Da、Db、Dc的关系如式(1)所示,三油口泵转动一圈,流过油口a、b的油液分别与液压缸无杆腔和有杆腔的流量相匹配,油口c完全平衡系统的流量差。
但实际工作中,由于存在系统泄漏、油液压缩以及加工制造误差等不确定因素,系流量不能完全平衡,需增加小流量的补油回路和液控单向阀。
(1)1.三油口液压缸2.补油回路3.液控单向阀4a、4b.溢流阀图3 三油口泵控非对称缸系统3 系统能效理论分析静止状态下,液压缸的力平衡方程为:pAAA-pBAB=FL(2)对于图2所示的对称泵控系统,电机仅在第Ⅰ象限和第Ⅲ象限消耗能量;第Ⅱ象限和第Ⅳ象限时,在负载力的作用下,闭式泵/马达带动电机旋转,电机工作在发电状态,不消耗能量。
而四个象限内,流量补偿回路始终输出一定压力和流量,并通过液控单向阀与系统交换油液,系统存在流量补偿回路的溢流损失和单向阀节流损失;第Ⅲ、第Ⅳ象限时,液压缸无杆腔多余的流量分别通过液控单向阀3a、3b 和流量补偿回路直接返回油箱,系统还存在液压缸不平衡流量造成的能量损失。
由此,可得四个象限内,系统消耗电能和损失能量分别为:EⅠ=(vAA(pA-pB)+Pfill1)dt(3)EⅢ=(vAB(pB-pA)+Pfill1)dt(4)EⅡ/Ⅳ=Pfill1dt(5)EⅠloss=(Pfill1-qBfpB)dt(6)EⅡloss=(Pf ill1-qAfpA)dt(7)EⅢloss=(Pfill1+qAfpA)dt(8)EⅣloss=(Pfill1+qBfpB)dt(9)忽略系统泄漏及油液压缩等因素,流量补偿回路与系统交换的流量等于液压缸无杆腔和有杆腔流量之差,即:qAf=qBf=v(AA-AB)(10)四个象限内,液控单向阀在驱动腔高压油的作用下打开,开口恒定不变,可等效为1个固定节流孔,由式(11)可求出其两端的压差。
而流量补偿回路输出压力恒定不变,第Ⅰ象限时,液压缸非驱动腔压力如式(12)所示。
(11)pBI=p补-Δp(12)联立式(2)、式(3)、式(10)~式(12)可得:EⅠ=vFL-v(AA-AB)p补+km(AA-AB)3v3+Pfill1dt(13)同理,进一步可推出:EⅢ=vFL+v(AA-AB)p补+km(AA-AB)3v3+Pfill1dt(14)EⅠloss=EⅡloss=Pfill1+v(AA-AB)p补+km(AA-AB)3v3dt(15)EⅢloss=EⅣloss=Pfill1+v(AA-AB)p补+km(AA-AB)3v3dt(16)式中,tⅠ、tⅡ、tⅢ、tⅣ 分别为液压缸工作在第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ和第Ⅳ象限的时间; p补为流量补偿回路和补油回路压力; Pfill1为流量补偿回路功率; Cd为单向阀口流量系数; A为单向阀开口面积;ρ为油液密度;三油口泵控系统通过液压泵配流盘平衡系统的不对称流量,补油回路仅输出一小部分流量补偿系统泄漏和维持液压缸非驱动腔压力,液控单向阀造成的节流损失可忽略不计,系统仅存在补油回路造成的能量损失。
因此,四个象限内,系统消耗电能和损失能量分别为:(17)(18)(19)式中, Pfill2为补油回路功率。
通过上式可以看出,四个象限内,对称泵控系统始终存在着与液压缸速度有关的液控单向阀节流损失,液压缸运行速度越大,单向阀节流损失也越大,并造成系统能耗的增加,使系统能耗不仅与负载大小有关,还受液压缸运行速度影响。
而三油口泵控系统通过配流盘平衡液压缸的不对称流量,相较于对称泵控系统,没有单向阀配流造成的节流损失,系统能耗不受液压缸运行速度影响,仅与负载大小有关。
4 仿真研究与结果分析4.1 仿真模型搭建为了进一步对两个系统的能效特性进行验证,利用多学科仿真软件Simulation X 分别参照图1和图3搭建了对称泵控系统和三油口泵控系统仿真模型,建立的仿真模型如图4和图5所示。
图中,对称泵控系统各元件均为现有元件,可直接从软件自带元件库中选取;三油口泵控系统中,三油口液压泵不是现有元件,采用基础元件进行搭建,并进行封装。
为了模拟相同工况,两个仿真模型中各元件规格尺寸相同,负载力大小和方向也相同。
其中,闭式泵/马达和三油口泵排量为45 mL/r(三油口泵为油口a排量),流量补偿回路流量为22.5 L/min,补油回路流量为5 L/min,设定压力均为2 MPa,负载力大小为30 kN。
图4 对称泵控非对称液压缸系统仿真模型图5 三油口泵控非对称液压缸系统仿真模型4.2 能效特性对比分析为了研究四个象限内两个系统的能效特性,分别对液压缸施加大小相等、方向相反的负载力进行仿真。
图6和图7分别给出了四个象限内,对称泵控系统和三油口泵控系统的液压缸位移、压力和流量曲线。
图6和图7中,液压缸运行20 s为一个周期;0~3 s、7.33~12 s和16.33~20 s,电机不工作,液压缸没有速度;3~7.33 s,液压缸伸出,从200 mm运行到700 mm,最大速度为150 mm/s;12~16.33 s,液压缸收回,以150 mm/s 的速度从700 mm运行到200 mm。