液壓調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)特性分析畢業(yè)設(shè)計開題報告

上海工程技術(shù)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 院 機(jī)械工程 學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 （現(xiàn)代裝備與控制工程） 班級學(xué)號 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 液壓調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)動特性分析 綜述 1 課題背景 1、液壓技術(shù)發(fā)展情況 液壓技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)代化傳動與控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。世界液壓元件的總銷售額為 350 億美元。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機(jī)械工業(yè)產(chǎn)值的2%3.5%，而我國只占 1%左右，這 充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。 液壓技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如 :液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運(yùn)動等優(yōu)點(diǎn)；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機(jī)械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機(jī)床、中小型塑機(jī)已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、維護(hù)性差 等缺點(diǎn)。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，克服缺點(diǎn)，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。 目前，液壓系統(tǒng)中主要的調(diào)速方式有三種： （ 1）節(jié)流調(diào)速，采用定量泵供油，由流量控制閥改變流入和流出執(zhí)行元件的流量以調(diào)節(jié)速度，這種系統(tǒng)稱閥控系統(tǒng)。 （ 2）容積調(diào)速，采用變量泵或變量馬達(dá)，以改變泵或馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)速度。這種系統(tǒng)稱泵控系統(tǒng)。 （ 3）容積節(jié)流調(diào)速，采用壓力反饋式變量泵供油 ，由流量控制閥改變流入或流出執(zhí)行元件的流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)速度，同時又使變量泵的流量與通過流量控制閥的流量相適應(yīng)。 就油路循環(huán)型式而言，調(diào)速回路又分成開式回路和閉式回路兩種。在開式回路中，泵從油箱吸油，把壓力油輸給執(zhí)行元件，執(zhí)行元件排出的油則直接流回郵箱；在閉式油路中，液壓泵的進(jìn)油口不通過郵箱直接與執(zhí)行元件的出油口相連，形成封閉的環(huán)狀回路。開式回路結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)一泵（液壓泵）多機(jī)（執(zhí)行元件）工作，油壓冷卻條件好，但油箱尺寸大，空氣及臟物易侵入。閉式油路結(jié)構(gòu)緊湊，郵箱尺寸小，一般是一泵一機(jī)，由于是封閉的環(huán)形油 路，空氣和臟物不易侵入，但冷卻條件差，需要輔助泵換油，進(jìn)行冷卻和補(bǔ)償漏油，因而結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。實際應(yīng)用中，節(jié)流調(diào)速由于發(fā)熱多、效率低，多采用開式回路。容積調(diào)速效率較高、發(fā)熱也少，多采用閉式回路。 就控制性能來說，容積調(diào)速的閉式油路，由于靠泵或馬達(dá)變量調(diào)速，包含容積大，特別是啟動或換向時需要重建壓力，因而相應(yīng)速度慢。相比之下，節(jié)流調(diào)速的開式油路則相應(yīng)速度快，控制靈敏。 由于以上特點(diǎn)，實際應(yīng)用中，中小功率以下的液壓設(shè)備，因功率小，效率雖低，但能量損失還是較小，為求其控制敏捷，結(jié)構(gòu)簡單，多采用節(jié)流調(diào)速的開式油 路。對中等功率以上的液壓設(shè)備，為求高效率以減少能量損失，多采用容積調(diào)速的閉式油路。一般來說，在相同功率的條件下，兩種系統(tǒng)的制造成本相近。 如前所述，兩種回路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、控制靈敏、使用維護(hù)方便。缺點(diǎn)是因靠節(jié)流閥調(diào)速，泵和執(zhí)行元件不能作到功率嚴(yán)格匹配，故而效率低、發(fā)熱量大。一般只用于功率不大的場合。 調(diào)速回路在機(jī)床和工程液壓及石油礦業(yè)液壓系統(tǒng)中占有突出的位置，它的性能好壞往往對系統(tǒng)性能好壞起著決定性的作用。這是因為在機(jī)床、工程液壓及石油礦業(yè)液壓系統(tǒng)中，對速度都有很高的要求，速度調(diào)節(jié)往往成為系統(tǒng)的核心 部分，其他回路都是圍繞著調(diào)速回路來選配的。 液壓 機(jī) 在調(diào)速閥的工作原理中，都知道因為這個彈簧的剛度比較的低，而且在工作的一個工程中它減壓的壓閥和閥芯也是比較的小，也清楚它的 FS 基本是保持不變的。如果是節(jié)流閥的兩端壓力差要是也能夠保持不變的話，這樣就能夠保證了在通過節(jié)流閥的流量來穩(wěn)定液壓機(jī)先是經(jīng)過減壓閥來產(chǎn)生的第一次壓力降，就會直接的降到 p2，那么 P2 是要經(jīng)過通道的作用來減壓閥的。 在調(diào)速閥的工作原理上來講，我們能夠從結(jié)構(gòu)上去分析，調(diào)速閥在節(jié)流閥的前面先串接一個能夠定差或減壓閥成一組的圍城，那么液壓泵的出口壓力 也是由溢流閥所調(diào)整的基本都是不變的，然而在調(diào)速閥的出口壓力就是由這個液壓缸 的負(fù) 載來決定的。 節(jié)流閥的出口壓力也是經(jīng)過反饋的通道作用來減壓閥的上腔，要是當(dāng)減壓閥的閥芯在彈簧和油液壓力的作用處于在某一個平衡的位置上時，那么腔內(nèi)的壓力油作用閥芯的有效面積上了。 2、 液壓產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢 由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高科技成果，如：自控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、可靠性及新工藝新材料等，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使產(chǎn)品的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向 21 世紀(jì)的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當(dāng)主要靠現(xiàn)有技術(shù)的 改進(jìn)和擴(kuò)展，不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。其主要的發(fā)展趨勢將集中在以下幾個方面。 （ 1） 減少損耗，充分利用能量 。 液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路 。 （ 2） 泄漏控制 。 泄漏控制包括：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染和外部環(huán)境對系統(tǒng)的 侵害兩個方面。 今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭，電機(jī)油泵組合裝置等。無泄漏將是世界液壓界今后努力 的重要方向之一。 （ 3）污染控制 . 以前 ，液壓界主要致力于控制固體顆粒的污染，而對水、空氣等的污染控制往往不夠重視。今后應(yīng)重視解決：嚴(yán)格控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染，發(fā)展封閉式系統(tǒng)，防止外部污染物侵入系統(tǒng)；應(yīng)改進(jìn)元件和系統(tǒng)設(shè)計，使之具有更大的耐污染能力。同時開發(fā)耐污染能力強(qiáng)的高效濾材和過濾器。研究對污染的在線測量；開發(fā)油水分離凈化裝置和排濕元件 ，以及開發(fā)能清除油中的氣體、水分、化學(xué)物質(zhì)和微生物的過濾元江及檢測裝置。 (4)主動維護(hù) . 開展液壓系統(tǒng)的故障預(yù)測，實現(xiàn)主動維護(hù)技術(shù)。必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強(qiáng)專家系統(tǒng)的開發(fā)研究，建立完整的、具有學(xué)習(xí)功能的專家知識庫，并利用計算機(jī)和知識庫中的知識，推算出引起故障的原因，提出維修方案和預(yù)防措施。要進(jìn)一步開發(fā)液壓系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)通用工具軟件，開發(fā)液壓系統(tǒng)自補(bǔ)償系統(tǒng)，包括自調(diào)整、自校正，在故障發(fā)生之前進(jìn)行補(bǔ)償，這是液壓行業(yè)努力的方向。 (5)機(jī)電一體化 . 機(jī)電一體化可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，充分發(fā) 揮液壓傳動出力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其主要發(fā)展動向如下：液壓系統(tǒng)將有過去的電液開發(fā)系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，同時對壓力、流量、位置、溫度、速度等傳感器實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；提高液壓元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更適應(yīng)機(jī)電一體化需求，發(fā)展與計算機(jī)直接接口的高頻，低功耗的電磁電控元件；液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油污染度等 .數(shù)值將實現(xiàn)自動測量和診斷；電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電控液壓泵，可實現(xiàn)液壓泵的各種調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)軟啟動、合理分配功率、自動保護(hù)等；借助現(xiàn)場總線，實現(xiàn)高水平信息系統(tǒng) ，簡化液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和維護(hù)。 (6)液壓 CAD 技術(shù) 充分利用現(xiàn)有的液壓 CAD 設(shè)計軟件，進(jìn)行二次開發(fā)，建立知識庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計 -制造 -銷售 -使用 -設(shè)計的閉環(huán)系統(tǒng)。將計算機(jī)防真及適時控制結(jié)合起來，在試制樣機(jī)前，便可用軟件修改其特性參數(shù)，以達(dá)到最佳設(shè)計效果。下一個目標(biāo)是，利用 CAD 技術(shù)支持液壓產(chǎn)品到零不見設(shè)計的全過程，并把 CAD/CAM/CAPP/CAT，以及現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起建立集成計算機(jī)制造系統(tǒng)（ CIMS），使液壓設(shè)計與制造技術(shù)有一個突破性的發(fā)展。 (7)新材料、新工藝的應(yīng)用 新型材料的使用， 如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液壓的發(fā)展引起新的飛躍。為了保護(hù)環(huán)境，研究采用生物降解迅速的壓力流體，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介質(zhì)替代礦物液壓油。鑄造工藝的發(fā)展，將促進(jìn)液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動，減少壓力損失和降低噪聲，實現(xiàn)元件小型化。 2 課題內(nèi)容 液壓系統(tǒng)在工作進(jìn)給到達(dá)終點(diǎn)時，外負(fù)載會突然驟減甚至消失，這使液壓執(zhí)行元件產(chǎn)生一個很大加速度，致使其運(yùn)行速度突增，即出現(xiàn)液壓前沖現(xiàn)象；另外，液壓系統(tǒng)在一工進(jìn)轉(zhuǎn)為二工進(jìn)外負(fù)載驟增時，亦會造成液壓執(zhí)行元件速度 突降。這些液壓執(zhí)行元件的速度突變會導(dǎo)致機(jī)械部件間的相互沖撞，造成振動、噪聲乃至部件的損壞。此外，外負(fù)載的突變亦會在液壓系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生很大的壓力和流量脈動，致使油液外泄噪聲增大，從而影響液壓元件的使用壽命。所以在液壓系統(tǒng)中采用調(diào)速裝置來對液壓系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)速。 調(diào)速回路在機(jī)床和工程液壓及石油礦業(yè)液壓系統(tǒng)中占有突出的位置，它的性能好壞往往對系統(tǒng)性能好壞起著決定性的作用。這是因為在機(jī)床、工程液壓及石油礦業(yè)液壓系統(tǒng)中，對速度都有很高的要求，速度調(diào)節(jié)往往成為系統(tǒng)的核心部分，其他回路都是圍繞著調(diào)速回路來選配的。綜上所訴，本畢業(yè) 設(shè)計對進(jìn)行液壓工作臺調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)特性進(jìn)行分析，作為本畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容。具體內(nèi)容如下： (1). 分析調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理； (2). 建立調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ； (3). 調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真 ； (4). 調(diào)速閥進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)動特性分析 ； (5). 得出分析結(jié)論若干 ； 3 課題關(guān)鍵問題： 通過分析調(diào)速閥 進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)，建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，在建立模型后， 在應(yīng)用 Matlab2007a+Simulink 對方程組仿真的基礎(chǔ)上 ,分析了在外負(fù)載階躍信號作用下 ,兩 種進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)速度波動的成因及其動態(tài)特性 。 4 課題的意義 本課題通過液壓調(diào)速閥進(jìn)油路調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)性能的研究，旨在通過對該課題前沖產(chǎn)生過程的研究，提出若干提高液壓調(diào)速閥節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能和減緩前沖的若干建設(shè)性的意見。通過 討論液壓泵輸出流量、節(jié)流閥開口等變化對兩種進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)液壓缸速度動態(tài)性能的影響程度 ,找到了提高進(jìn)口節(jié)流閥調(diào)速系統(tǒng)動特性的途徑 ,從而為合理選擇、正確使用進(jìn)口節(jié)流液壓調(diào)速系統(tǒng)提供借鑒。 參考文獻(xiàn) 1王積偉，章宏甲，黃誼 液壓與氣壓傳動 北京 ：機(jī)械工業(yè)出 版社 ，2012 ： 166-167 2王興元 工程機(jī)械液壓與液力傳動圖冊 人民交通出版社 ， 2008 年4 月 3周顯文 . 設(shè)不可調(diào)阻尼器的液壓回油節(jié)流調(diào)速回路 . 中國： CN2077922U， 1991年 5 月 29 日 4高欽和，王孫安 .基于 MATLAB 的節(jié)流閥調(diào)速液壓回路的計算機(jī)仿真 J. 機(jī)床與液壓 .2006,(6):231-233 5 姚黎明 . 液壓實驗臺的機(jī)電一體化控制 J.液壓氣動與密封， 1997,1:3941 6張尚才 . 控制工程基礎(chǔ) M. 浙江大學(xué)出版社 .1991 7S.K.R. Iyengar,B.E,M.S.,and E.C. Fitch,B.D.,M.S.,Ph.D.,Oklahoma State University, U.S.A. Summary “ a Systematic Approach to the Complex Analysis of Fluid Power System” . 4th international fluid power symposium, April 16th-18th,1975 pp A2 p19-33 8張曉魯，林 廷忻 .組合機(jī)床調(diào)速系統(tǒng)的計算機(jī)模擬與動態(tài)特性分析 J.機(jī)床與液壓 .1980,(2):20-23 9刑耀國 .應(yīng)用調(diào)速閥的液壓調(diào)速系統(tǒng)頻率特性的理論分析和試驗研究 J. 西安交通大學(xué)學(xué)報 .1984,(1):34-36 9秦大同，謝里陽 .液力傳動設(shè)計 北京 ：機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2013 10宋志安 ， 曹連名 ，黃 靖 MATLAB/Simulink 與 液壓