工程機械中液壓系統(tǒng)應用

目錄工程機械中液壓技術(shù)發(fā)展液壓技術(shù)在工程機械上的應用工程機械中液壓系統(tǒng)的四種控制技術(shù)液壓仿真軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展趨目前一頁\總數(shù)三十二頁\編于五點工程機械中液壓技術(shù)發(fā)展

隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，作為主要施工設備的工程機械在國家經(jīng)濟建設中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于液壓傳動具有功率密度高，易于實現(xiàn)直線運動、速度剛性大、便于冷卻散熱、動作實現(xiàn)容易等突出優(yōu)點，因而在工程機械中得到了廣泛的應用。目前二頁\總數(shù)三十二頁\編于五點初期發(fā)展時期

20世紀40~50年代，人們摸索著將簡單的液壓元件和液壓系統(tǒng)應用到工程機械上來解決其他方式比較難以實現(xiàn)的問題（如執(zhí)行器的直線運動等）。液壓系統(tǒng)壓力一般在2~7MPa.高速發(fā)展時期

20世紀60年代，液壓系統(tǒng)的主要特點是高速、高壓化（提高到了20MPa），系統(tǒng)壓力的提高使得液壓傳動功率密度大幅度增加，液壓技術(shù)的應用逐漸由工程機械工作裝置擴展到轉(zhuǎn)向系、行走系、傳動系和制動系目前三頁\總數(shù)三十二頁\編于五點重視環(huán)境時期

20世紀70年代初、中期，工程機械液壓技術(shù)研究主要圍繞降低液壓系統(tǒng)及整機的工作噪聲.由于泵的工作體積與吸、壓腔的轉(zhuǎn)換會導致容腔壓力急劇變化，而這個變化傳給泵體就形成噪聲。重視可靠性時期

液壓系統(tǒng)經(jīng)常受到塵埃、振動、高低溫、風雨雪、臭氧等的侵襲，造成液壓油污染、引發(fā)故障（70%~85%）。因此在20世紀70年代后期，降低工程機械液壓系統(tǒng)污染，提高系統(tǒng)可靠性成為這一時期的主要研究課題目前四頁\總數(shù)三十二頁\編于五點計算機技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合時期

20世紀90年代，計算機技術(shù)得到了長足的發(fā)展，現(xiàn)代控制理論在液壓系統(tǒng)的應用促進了液壓技術(shù)迅速發(fā)展。這一時期研制成功了智能型液壓挖掘機，使挖掘機的作業(yè)精度及發(fā)動機的功率利用率有了顯著提高。目前五頁\總數(shù)三十二頁\編于五點液壓技術(shù)在工程機械上的應用范圍液壓技術(shù)在工程機械工作裝置中的應用

由于液壓傳動的突出優(yōu)點，目前幾乎所有工程機械的工作裝置都采用了液壓傳動控制。即使以前很少采用液壓技術(shù)的塔式起重機，現(xiàn)也開始用低速大扭矩馬達驅(qū)動起重機的提升、變幅、回轉(zhuǎn)等機構(gòu)。目前六頁\總數(shù)三十二頁\編于五點液壓技術(shù)在工程機械轉(zhuǎn)向系的應用

許多工程機械（如裝載機等）采用了轉(zhuǎn)向液壓缸來實現(xiàn)整機轉(zhuǎn)向控制，全液壓工程機械（如全液壓挖掘機等）則通過對內(nèi)外側(cè)車輪的驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)速的控制實現(xiàn)滑移轉(zhuǎn)向，甚至原地轉(zhuǎn)向，大大提高了整機的機動性和靈活性。液壓技術(shù)在工程機械行走系的應用

由于靜液傳動具有滿載工況下起動平穩(wěn)、功率損耗小、易于實現(xiàn)前進倒退的轉(zhuǎn)換、可實現(xiàn)無級調(diào)速、且單位傳遞功率大等優(yōu)點，而廣泛應用在工程機械行走系（如全液壓裝載機，全液壓挖掘機的行走系等）。目前七頁\總數(shù)三十二頁\編于五點液壓技術(shù)在工程機械制動系的應用

由于液壓制動器動作響應快、制動平穩(wěn)、可靠，因而在工程機械制動系得到了普及應用。目前八頁\總數(shù)三十二頁\編于五點工程機械液壓系統(tǒng)四種控制技術(shù)定量泵設計方法

在早期的工程機械系統(tǒng)設計中，采用定量泵設計的原則是：系統(tǒng)的最大工作流量(Q)與最大工作壓力(P)的乘積即系統(tǒng)的最大輸出功率(N)不能超出柴油機額定功率(Nj)。但在一般工況下功率利用系數(shù)太低，且無法施展較強的控制功能，因而性能不佳。目前在小噸位(5～50t)汽車起重機和隨車起重機等產(chǎn)品中仍在使用。目前九頁\總數(shù)三十二頁\編于五點單泵恒功率控制技術(shù)

單泵控制系統(tǒng)中，一般通過變量控制機構(gòu)實現(xiàn)對變量泵排量的控制，在最早的恒功率控制技術(shù)中，通過對變量機構(gòu)兩根彈簧彈力的不同設定，能實現(xiàn)對變量泵輸出流量的控制，使其變量曲線上P、Q乘積的離散值趨近于常數(shù)C。力士樂公司開發(fā)的恒功率控制技術(shù)中，通過杠桿原理對變量控制機構(gòu)進行了改進，使其功率曲線近似為反比例曲線，功率利用系數(shù)更高。目前十頁\總數(shù)三十二頁\編于五點雙泵恒功率控制技術(shù)

在雙泵或多泵系統(tǒng)中，使柴油機功率合理地分配到各泵，各執(zhí)行機構(gòu)協(xié)調(diào)工作，發(fā)揮其最大效能成為關(guān)鍵。目前，這方面的控制技術(shù)有不同的組合形式。(1)分功率控制技術(shù)(2)總功率控制技術(shù)(3)交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)(4)負反饋交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù)目前十一頁\總數(shù)三十二頁\編于五點計算機控制功率優(yōu)化控制技術(shù)

傳統(tǒng)的恒功率控制中，控制系統(tǒng)與柴油機的匹配非常保守，液壓泵的輸出轉(zhuǎn)矩要遠低于柴油機最大輸出轉(zhuǎn)矩，且當柴油機性能下降時易使柴油機轉(zhuǎn)速下降導致熄火。采用計算機功率優(yōu)化控制系統(tǒng)，它設有多種工作選擇模式和怠速模式，用戶可按負載大小和實際工作需要進行選擇，通過檢測柴油機的工作轉(zhuǎn)速的變化可對油門和主泵排量進行按比例無級控制，從而使柴油機始終在目標轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作。目前十二頁\總數(shù)三十二頁\編于五點液壓仿真軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

對液壓元件或系統(tǒng)利用計算機進行仿真的研究和應用已有30多年的歷史，隨著流體力學、現(xiàn)代控制理論、算法理論、可靠性理論等相關(guān)學科的發(fā)展，液壓仿真技術(shù)也日益成熟，國內(nèi)外主要有AMESim、Hopsan、ADAMS/Hydraulics、EASY5、Matlab/simulink、SIMUL-ZD、Dshplus、FluidSIM、automationstudio、20-sim、HyPneu等11種液壓仿真軟件。目前十三頁\總數(shù)三十二頁\編于五點

法國IMAGINE公司于1995年推出基于鍵合圖的液壓/機械系統(tǒng)建模、仿真及動力學分析軟件，即AMESim,該軟件包含IMAGINE技術(shù)，為項目設計,系統(tǒng)分析,工程應用提供了強有力的工具,AMESim具有多種仿真運行模式:動態(tài)仿真模式，穩(wěn)態(tài)仿真模式，間斷連續(xù)仿真模式以及批處理仿真模式.AMESim提供了17種優(yōu)化算法,用戶能靈活地利用智能求解器挑選最適合模型求解的積分算法.AMESim目前十四頁\總數(shù)三十二頁\編于五點(1)擁有豐富的模型庫;(2)采用C或FORTRAN編程,元件代碼底層開放,用戶可自

行開發(fā)或構(gòu)建符合個人需求的元件;(3)提供了多種軟件接口:如編程語言接(C/Fortran）、控制軟件接口(matlab/simulink和MatrixX)、實時仿真接口(RTLVab、xPC、dSPACE)、多維軟件接口(Adams和Simpack、VirtualLabMotion、3DVirtual)、優(yōu)化軟件接口(iSIGHT、OPTIMUS)、FEM軟件接口(Flux2D)和數(shù)據(jù)處理接口(Excel)等,其方法是:讓子系統(tǒng)在專用軟件下搭建，利用接口對子系統(tǒng)的結(jié)果進行仿真分析.特點目前十五頁\總數(shù)三十二頁\編于五點目前十六頁\總數(shù)三十二頁\編于五點EASY5EASY5是美國波音公司根據(jù)航空技術(shù)發(fā)展需要開發(fā)的多專業(yè)動態(tài)系統(tǒng)仿真分析軟件包,包含了70多種主要的液壓原部件（HB、HC），涵蓋了液壓系統(tǒng)仿真的主要方面.EASY5建立了一批對應真實物理部件的仿真模型，如泵、馬達、閥、管路、分流集流、液壓油等，用戶只要如同組裝真實的液壓系統(tǒng)一樣，把相應的部件圖標從庫里取出，設定參數(shù)，連接各個部件，就可以構(gòu)造用戶自己的液壓系統(tǒng)，而不必關(guān)心具體部件背后的繁瑣的數(shù)學模型。目前十七頁\總數(shù)三十二頁\編于五點(1)強大的控制系統(tǒng)仿真分析能力,可以建立完整的線性或非線性控制系統(tǒng)模型,進行穩(wěn)態(tài)分析、線性系統(tǒng)分析、頻域響應、根軌跡分析等(2)多學科的專業(yè)應用庫,借助專業(yè)應用庫中的預定義模型,向用戶提供獨一無二的系統(tǒng)級模型和研究多學科系統(tǒng)耦合問題的能力(3)卓越的代碼生成和求解器,可由圖形化系統(tǒng)模型自動生成相應的FORTRAN或C源代碼,這些代碼可以通過編譯生成可執(zhí)行文件,并可被用戶調(diào)用(4)便捷的高級建模和二次開發(fā)功能,方便用戶創(chuàng)建自己的模型文件,并可調(diào)用外部FORTRAN或C子程序(5)與其它CAE軟件良好的集成能力,可以將不同CAE軟件所建立的模型集成到EASY5軟件中建立完成的虛擬樣機,并進行仿真。特點目前十八頁\總數(shù)三十二頁\編于五點目前十九頁\總數(shù)三十二頁\編于五點20-sim

20-sim是由荷蘭ControllabProductsB.V.公司與荷蘭Twente大學聯(lián)合開發(fā)的動態(tài)系統(tǒng)建模與仿真軟件,20-sim支持原理圖、方框圖、鍵合圖和方程式建模,支持不同形式動態(tài)系統(tǒng)的建模、分層模型表示、向量和矩陣運算.20-sim內(nèi)嵌仿真編譯器、優(yōu)化功能、蒙特卡洛仿真、C源代碼生成、圖形動畫、三維動畫和控制器設計編輯器等。目前二十頁\總數(shù)三十二頁\編于五點（1）圖形建模。通過鼠標的拖拽將子模型組合成大的模型；（2）多層建模。允許無限制的子模型嵌套；（3）支持多種建模形式。支持圖標圖形、方塊圖、鍵合圖和方程組等建模方式;(4)20-sim提供了6種先進的積分算法來保證仿真的精確性和快速性;(5)20-sim支持線性、非線性、連續(xù)、離散系統(tǒng)以及各種混合系統(tǒng)；（6）內(nèi)嵌編譯器使得仿真速度更快（7）動畫功能。仿真結(jié)果能通過動畫的形式輸出；（8）20-sim能將自己生成的模型轉(zhuǎn)化成C代碼輸出便于和別的程序接口（9）20-sim能將自己生成的模型轉(zhuǎn)化成S-Functions便于和Mtalab接口

特點目前二十一頁\總數(shù)三十二頁\編于五點目前二十二頁\總數(shù)三十二頁\編于五點FluidSIMFluidSIM軟件是由德國Festo公司Didactic教學部門和Paderborn大學聯(lián)合開發(fā)，專門用于液壓與氣壓傳動的教學軟件，F(xiàn)luidSIM軟件可設計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路,彌補了以前液壓與氣動教學中，只見液壓(氣壓)回路不見電氣回路，從而不明白各種開關(guān)和閥動作過程的弊病.主要特點（1）CAD功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起(2)系統(tǒng)學習的概念(3)可設計和液壓氣動回路相配套的電氣控制回路目前二十三頁\總數(shù)三十二頁\編于五點目前二十四頁\總數(shù)三十二頁\編于五點Hopsan

Hopsan軟件的建模方法是元傳輸線法，源于特征法和傳輸線建模,這種方法特別適合并行計算，從而提高計算速度和實現(xiàn)分布計算功能,該軟件還擁有圖形建模功能，元件圖采用WMF圖元文件格式.該軟件有圖形元件庫，元件庫元素可以動態(tài)添加，用戶可以編輯軟件，設定元件圖形，連接用的油口，以及用于仿真計算的變量等.Hopsan還可以對系統(tǒng)的一些行為進行優(yōu)化，也可以用來進行離線參數(shù)評估，通過計算比較仿真結(jié)果和測量結(jié)果的差別，并且通過優(yōu)化使之最小，在一定程度上實現(xiàn)了仿真與實驗的連接.目前二十五頁\總數(shù)三十二頁\編于五點（1）動態(tài)的圖形元件庫和圖形建模功能（2）優(yōu)化方法用于對系統(tǒng)行為的優(yōu)化和參數(shù)的離線

評估

（3）具有實時仿真和分布式計算功能

（Matlab、Adams）特點目前二十六頁\總數(shù)三十二頁\編于五點DshplusDshplus重點是描述系統(tǒng)的功能單元(模擬重要因素)；回路類推法讓使用者很輕松和方便地設計模擬模型。該軟件適用于液壓系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)計算與仿真，具有液壓元件庫，可實現(xiàn)液壓原理圖繪制、自定義參數(shù)、系統(tǒng)仿真、動畫演示等功能，在該軟件平臺上，通過搭建圖形化的液壓系統(tǒng)原理圖，可以方便地對液壓系統(tǒng)進行各種計算和分析，如靜態(tài)參數(shù)計算、動態(tài)數(shù)據(jù)采集、性能曲線繪制、數(shù)據(jù)存儲與打印等，并可以與物理硬件連接，進行實時控制仿真。（simulink）目前二十七頁\總數(shù)三十二頁\編于五點目前二十八頁\總數(shù)三十二頁\編于五點HyPneuHyPneu軟件是美國Bardyne公司的產(chǎn)品,它是一種先進的虛擬實驗室，可以在HyPneu提供的統(tǒng)一集成環(huán)境中，進行靜態(tài)、動態(tài)、時域、頻域、熱分析等;HyPneu元件庫中提供了450種以上的液壓、氣動、機械、電子元件模型，涵蓋了相關(guān)分析涉及到的絕大多數(shù)元件類型;它是真正的工