油壓機(jī)設(shè)計(jì)開題報(bào)告范本

一、開題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目立式10噸油壓機(jī)構(gòu)造和機(jī)架設(shè)計(jì)課題背景和意義：背景：液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起來(lái)的一門新興技術(shù)，1795年英國(guó)約瑟夫?布拉曼(JosephBraman,1749-1814)，在倫敦用水作為工作介質(zhì),以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上,誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。19將工作介質(zhì)水改為油,又進(jìn)一步得到改善。第一次世界大戰(zhàn)(1914-1918)后液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用,特別是19后來(lái),發(fā)展更為快速。液壓元件大概在19世紀(jì)末20世紀(jì)初的間,才開始進(jìn)入正規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)階段。1925年維克斯(F.Vikers)發(fā)明了壓力平衡式葉片泵,為近代液壓元件工業(yè)或液壓傳動(dòng)的逐步建立奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)初康斯坦丁?尼斯克(G?Constantimsco)對(duì)能量波動(dòng)傳遞所進(jìn)行的理論及實(shí)際研究;19對(duì)液力傳動(dòng)(液力聯(lián)軸節(jié)、液力變矩器等)方面的奉獻(xiàn)，使這兩方面領(lǐng)域得到了發(fā)展。第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)期間,在美國(guó)機(jī)床中有30%應(yīng)用了液壓傳動(dòng)。應(yīng)當(dāng)指出,日本液壓傳動(dòng)的發(fā)展較歐美等國(guó)家晚了近20數(shù)年。在1955年前后,日本快速發(fā)展液壓傳動(dòng),1956年成立了“液壓工業(yè)會(huì)”。近20-30年間，日本液壓傳動(dòng)發(fā)展之快，居世界領(lǐng)先地位。在我國(guó)，液壓機(jī)行業(yè)的發(fā)展僅僅只有50年左右。l949年以前，我國(guó)屬于半封建半殖民地的國(guó)家，備受列強(qiáng)欺凌．沒有自己獨(dú)立的工業(yè)體系，也根本沒有液壓機(jī)制造工業(yè)，整個(gè)中國(guó)只有某些修配用的小型液壓機(jī)。1949年后來(lái)，前三年屬于經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，1952年開始，實(shí)施第一種五年計(jì)劃，我國(guó)快速建立起獨(dú)立自主的完整的工業(yè)體系，能夠逐步自行設(shè)計(jì)和制造國(guó)產(chǎn)汽車、機(jī)車、輪船、發(fā)電設(shè)備、冶煉軋鋼設(shè)備、飛機(jī)、火箭乃至精密的宇航設(shè)備。這些都極大地增進(jìn)并需要多個(gè)液壓機(jī)的快速發(fā)展。液壓傳動(dòng)有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此它的應(yīng)用非常廣泛，如普通工。業(yè)用的塑料加工機(jī)械、壓力機(jī)械、機(jī)床等；行走機(jī)械中的工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車等；鋼鐵工業(yè)用的冶金機(jī)械、提高裝置、軋輥調(diào)節(jié)裝置等；土木水利工程用的防洪閘門及堤壩裝置、河床升降裝置、橋梁操縱機(jī)構(gòu)等；發(fā)電廠渦輪機(jī)調(diào)速裝置、核發(fā)電廠等等；船舶用的甲板起重機(jī)械（絞車）、船頭門、艙壁閥、船尾推動(dòng)器等；特殊技術(shù)用的巨型天線控制裝置、測(cè)量浮標(biāo)、升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)等；軍事工業(yè)用的火炮操縱裝置、船舶減搖裝置、飛行器仿真、飛機(jī)起落架的收放裝置和方向舵控制裝置等。意義：現(xiàn)在中國(guó)油壓機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問(wèn)題中，許多狀況不容樂觀，如質(zhì)量差、工作效率低、資源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大、維修繁瑣需高技術(shù)人員等等。因此這次設(shè)計(jì)有下列意義。1）理解油壓機(jī)的構(gòu)造、特點(diǎn)以及工作原理。2）對(duì)油壓機(jī)的性能的提高有重大意義:①盡量好地滿足工藝規(guī)定、便于操作。②含有合理的強(qiáng)度與剛度，使用可靠，不易破壞。③含有較好的經(jīng)濟(jì)性，重量輕，制造維修方便。3）培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力研究的重要內(nèi)容：1)擬定油壓機(jī)的重要技術(shù)規(guī)格和動(dòng)作線圖。2)擬定油壓機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。（工藝設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、總體布局）3）對(duì)油壓機(jī)主缸各構(gòu)成部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造的設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度與剛度的校核。4）上橫梁和滑塊進(jìn)行構(gòu)造的設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度和剛度的校核。5）油壓機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。研究辦法（或技術(shù)路線）：1）查閱有關(guān)文獻(xiàn)，收集有關(guān)油壓機(jī)的資料。初步理解油壓機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用。2）通過(guò)進(jìn)入工廠參觀實(shí)物，對(duì)油壓機(jī)的構(gòu)造、工作原理、特點(diǎn)有進(jìn)一步的理解。3）按照設(shè)計(jì)規(guī)定制訂出重要技術(shù)規(guī)格和動(dòng)作線圖。4）設(shè)計(jì)并制訂出全部油壓機(jī)構(gòu)造部件的尺寸，通過(guò)計(jì)算選用原則化零件。5）設(shè)計(jì)油壓機(jī)的電氣系統(tǒng)。6）用CAD軟件畫出油壓機(jī)的全部設(shè)計(jì)圖和零件圖。預(yù)期成果：1）通過(guò)查閱和研究國(guó)內(nèi)外有關(guān)油壓機(jī)的文獻(xiàn)，寫出了文獻(xiàn)綜述。2）研究并設(shè)計(jì)出符合規(guī)定的立式10噸油壓機(jī)構(gòu)造和機(jī)架的數(shù)據(jù)。3）完畢油壓機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并畫出油壓機(jī)的設(shè)計(jì)圖和零件圖。4）理解慣用的CAD設(shè)計(jì)軟件，并能純熟運(yùn)用一種CAD軟件進(jìn)行油壓機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)。4）進(jìn)一步對(duì)油壓機(jī)的構(gòu)造、原理、特點(diǎn)有了一種非常進(jìn)一步的理解從而設(shè)計(jì)出滿足當(dāng)代社會(huì)需求的高效率、經(jīng)濟(jì)性的油壓機(jī)。5）本身的自主設(shè)計(jì)能力得到了鍛煉，含有了初步的科研、開發(fā)能力，為將來(lái)踏下結(jié)實(shí)的一步。進(jìn)度計(jì)劃：1.任務(wù)分派：預(yù)計(jì)指導(dǎo)學(xué)生人數(shù)、安排指導(dǎo)教師第六學(xué)期十六周之前2.立題：指導(dǎo)教師填寫立題清調(diào)查表第七學(xué)期開學(xué)第一周3．初審與修改：對(duì)指導(dǎo)教師的立題組織初審并修改第七學(xué)期第三周前4．正式審題：對(duì)指導(dǎo)教師的報(bào)審表進(jìn)行審查第七學(xué)期第五周前5．學(xué)生選題：公布畢業(yè)設(shè)計(jì)課題組織學(xué)生選題第七學(xué)期第八周前6．初定任務(wù)書：初步擬定任務(wù)書內(nèi)容第七學(xué)期第十周前7．課題調(diào)研：學(xué)生進(jìn)行課題的文獻(xiàn)閱讀和調(diào)查研究第七學(xué)期第十三周前8．組織開題報(bào)告：分組方式組織學(xué)生的開題報(bào)告會(huì)第七學(xué)期第十五周前9．開展設(shè)計(jì)：正式開展畢業(yè)設(shè)計(jì)工作第七學(xué)期第十五周起10．?dāng)M定任務(wù)書：按實(shí)際設(shè)計(jì)狀況最后擬定任務(wù)書第七學(xué)期第十七周前11．中期檢查：檢查畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展?fàn)顩r、找問(wèn)題第七學(xué)期末12．后期驗(yàn)收：第八學(xué)期第十四周內(nèi)13．組織答辯：第八學(xué)期第十五周起14．最后審定：第八學(xué)期第十七周指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師簽名：年月日系部意見審查成果：□同意□不同意系主任簽名：年月日閱讀文獻(xiàn)目錄序號(hào)文獻(xiàn)名文獻(xiàn)出處文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間1液壓機(jī)當(dāng)代設(shè)計(jì)理論機(jī)械工業(yè)出版社19872液壓機(jī)機(jī)械工業(yè)出版社19903液壓機(jī)的構(gòu)造與控制機(jī)械工業(yè)出版社19894液壓機(jī)柱塞球面支撐的力學(xué)及機(jī)構(gòu)學(xué)分析重型機(jī)械19965鍛壓機(jī)械液壓傳動(dòng)機(jī)械工業(yè)出版社19876慣用液壓缸與其修理上海交通大學(xué)出版社19967中小型液壓機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算—液壓傳動(dòng)和泵閥設(shè)計(jì)天津人民出版社19738材料力學(xué)高等教育出版社19659材料力學(xué)科學(xué)出版社196410有關(guān)有進(jìn)液孔缸底部分強(qiáng)度分析的一種新辦法重型機(jī)械199511液壓機(jī)立柱導(dǎo)套接觸應(yīng)力研究重型機(jī)械1995121250t鍛造水壓綜合技術(shù)改造重型機(jī)械199513快鍛液壓機(jī)的多根預(yù)應(yīng)力拉桿重型機(jī)械19931430MN雙柱下拉式快鍛液壓機(jī)重型機(jī)械199515120MN水壓機(jī)技術(shù)改造鍛壓機(jī)械16液壓機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)的有限元法重型機(jī)械17液壓機(jī)廣義模塊化設(shè)計(jì)原理及其應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)18液壓機(jī)廣義模塊化產(chǎn)品族建模的研究重型機(jī)械19液壓剪板機(jī)中油缸的可靠性設(shè)計(jì)鍛壓機(jī)械199820當(dāng)代液壓技術(shù)應(yīng)用化學(xué)工業(yè)出版社21名優(yōu)機(jī)械液系統(tǒng)及其修理上海交通大學(xué)出版社22液壓與氣壓傳動(dòng)高等教育出版社文獻(xiàn)綜述注意：學(xué)生閱讀文獻(xiàn)后，必須寫出3000字左右的綜述，作為開題內(nèi)容之一。（可增頁(yè)）通過(guò)查閱有關(guān)油壓機(jī)的文獻(xiàn)后，對(duì)油壓機(jī)有了一下認(rèn)識(shí)和理解。一、油壓機(jī)的介紹油壓機(jī)是一種通過(guò)專用液壓油做為工作\o"介質(zhì)"介質(zhì)，通過(guò)\o"液壓"液壓泵作為動(dòng)力源，靠泵的\o"作用力"作用力使液壓油通過(guò)\o"液壓管"液壓管路進(jìn)入油缸/\o"活塞"活塞，然后油缸/活塞里有幾組互相配合的密封件，\o"點(diǎn)擊查看原圖"不同位置的\o"密封"密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能\o"泄露"泄露。最后通過(guò)單向閥使液壓油在\o"油箱"油箱循環(huán)使油缸/\o"活塞"活塞循環(huán)做功從而完畢一定機(jī)械動(dòng)作來(lái)作為生產(chǎn)力的一種機(jī)械。油壓機(jī)通過(guò)油壓這樣一種\o"動(dòng)力"動(dòng)力來(lái)完畢一定的\o"機(jī)械動(dòng)作"機(jī)械動(dòng)作，其完畢動(dòng)作產(chǎn)生的作用力的大小，我們現(xiàn)用噸位這樣一種單位來(lái)計(jì)量。油壓機(jī)慣用于需要作用力比較大的機(jī)械，如\o"沖床"沖床．由于其常慣用于的生產(chǎn)性質(zhì)是把其它的物品進(jìn)行有規(guī)則的\o"分割"分割，人們經(jīng)常又叫油壓機(jī)為油壓\o"下料機(jī)"下料機(jī)，\o"油壓裁斷機(jī)"油壓裁斷機(jī)，油壓沖床。這是民間的一種詞意混淆，其實(shí)這幾組詞在不同的\o"行業(yè)"行業(yè)里不能完全等同。二、油壓機(jī)的構(gòu)造構(gòu)成油壓機(jī)由主機(jī)及控制機(jī)構(gòu)兩大部分構(gòu)成。油壓機(jī)主機(jī)部分涉及機(jī)身、主缸、頂出缸及充液裝置等。動(dòng)力機(jī)構(gòu)由油箱、高壓泵、低壓\o"控制系統(tǒng)"控制系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及多個(gè)壓力閥和方向閥等構(gòu)成。動(dòng)力機(jī)構(gòu)在電氣裝置的控制下，通過(guò)泵和油缸及多個(gè)液壓閥實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)和輸送，完畢多個(gè)\o"工藝"工藝動(dòng)作的循環(huán)。（一）油壓機(jī)按構(gòu)造形式現(xiàn)重要分為：四柱式油壓機(jī)、單柱式（C型）油壓機(jī)、臥式油壓機(jī)、立式框架油壓機(jī)等。（二）油壓機(jī)按照用途分重要分為金屬成型液壓機(jī)、\o"折彎液壓機(jī)"折彎液壓機(jī)、拉伸液壓機(jī)、沖裁液壓機(jī)、粉未（金屬，非金屬）\o"成型"成型液壓機(jī)、壓裝液壓機(jī)、\o"擠壓"擠壓液壓機(jī)等。（三）油壓機(jī)按傳遞壓強(qiáng)的液體種類來(lái)分有油壓機(jī)和水壓機(jī)兩大類水壓機(jī)產(chǎn)生的總壓力較大，慣用于鍛造和沖壓。鍛造水壓機(jī)又分為模鍛水壓機(jī)和自由鍛水壓機(jī)兩種。模鍛水壓機(jī)要用模具，而自由鍛水壓機(jī)不用模具。中國(guó)\o"制造"制造的第一臺(tái)萬(wàn)噸水壓機(jī)就是自由鍛造水壓機(jī)。三、油壓機(jī)的工作原理\o"點(diǎn)擊查看原圖"液壓\o"傳動(dòng)"傳動(dòng)是運(yùn)用液體壓力來(lái)傳遞\o"動(dòng)力"動(dòng)力和進(jìn)行控制的一種傳動(dòng)方式．液壓裝置是由液壓泵，\o"液壓缸"液壓缸（液壓馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)），\o"液壓"液壓控制閥和液壓輔助元件。（一）液壓泵：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能的轉(zhuǎn)化妝置。液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，是靠泵的作用力使液壓油通過(guò)液壓管路進(jìn)入油缸/活塞（二）液壓缸（液壓\o"馬達(dá)"馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）：將液壓能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（三）控制閥：控制液壓油的流量，流向，壓力，\o"液壓"液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作次序等及保護(hù)液壓回路作用。講的\o"通俗"通俗一點(diǎn)就是控制和調(diào)節(jié)液壓介質(zhì)的流向，壓力和流量。從而控制\o"執(zhí)行"執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向，輸出的力或\o"力矩"力矩。運(yùn)動(dòng)速度。動(dòng)作次序，以及限制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作壓力，避免過(guò)載等作用（如單向閥，換向閥，溢流閥，\o"減壓閥"減壓閥，次序閥，節(jié)流閥，調(diào)速閥等）（四）輔助元件：1、油箱：用來(lái)儲(chǔ)油，散熱．分離油中空氣和雜質(zhì)作用

2、油管及油管接頭

3、濾油器4、壓力表

5、密封元件。四、油壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)相比，油壓傳動(dòng)含有下列優(yōu)點(diǎn)：1、油壓傳動(dòng)的多個(gè)元件，能夠根據(jù)需要方便、靈活地來(lái)布置。2、重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)慣性小、反映速度快。3、操縱控制方便，可實(shí)現(xiàn)大范疇的無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范疇達(dá)：1）。4、可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。5、普通采用礦物油作為工作介質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)面可自行潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)；6、很容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)/7、很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自動(dòng)化，當(dāng)采用電液聯(lián)合控制后，不僅可實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)控制過(guò)程，并且能夠?qū)崿F(xiàn)遙控。固然，油壓傳動(dòng)也存在著某些缺點(diǎn)：1、由于流體流動(dòng)的阻力和泄露較大，因此效率較低。如果解決不當(dāng)，泄露不僅污染場(chǎng)地，并且還可能引發(fā)火災(zāi)和爆炸事故。2、由于工作性能易受到溫度變化的影響，因此不適宜在很高或很低的溫度條件下工作。3、油壓元件的制造精度規(guī)定較高，因而價(jià)格較貴。4、由于液體介質(zhì)的泄露及可壓縮性影響，不能得到嚴(yán)格的傳動(dòng)比。5、油壓傳動(dòng)出故障時(shí)不易找出因素；使用和維修規(guī)定有較高的技術(shù)水平。五、液壓系統(tǒng)的三大頑疾1、發(fā)熱由于傳力介質(zhì)（液壓油）在流動(dòng)過(guò)程中存在各部位流速的不同，造成液體內(nèi)部存在一定的內(nèi)摩擦，同時(shí)液體和管路內(nèi)壁之間也存在摩擦，這些都是造成液壓油溫度升高的因素。溫度升高將造成內(nèi)外泄漏增大，減少其機(jī)械效率。同時(shí)由于較高的溫度，液壓油會(huì)發(fā)生膨脹，造成壓縮性增大，使控制動(dòng)作無(wú)法較好的傳遞。解決方法：發(fā)熱是液壓系統(tǒng)的固有特性，無(wú)法根除只能盡量減輕。使用質(zhì)量好的液壓油、液壓管路的布置中應(yīng)盡量避免彎頭的出現(xiàn)、使用高質(zhì)量的管路以及管接頭、液壓閥等。2、振動(dòng)液壓系統(tǒng)的振動(dòng)也是其痼疾之一。由于液壓油在管路中的高速流動(dòng)而產(chǎn)生的沖擊以及控制閥打開關(guān)閉過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊都是系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)的因素。強(qiáng)的振動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)控制動(dòng)作發(fā)生錯(cuò)誤，也會(huì)使系統(tǒng)中某些較為精密的儀器發(fā)生錯(cuò)誤，造成系統(tǒng)故障。解決方法：液壓管路應(yīng)盡量固定，避免出現(xiàn)急彎。避免頻繁變化液流方向，無(wú)法避免時(shí)應(yīng)做好減振方法。整個(gè)液壓系統(tǒng)應(yīng)有良好的減振方法，同時(shí)還要避免外來(lái)振源對(duì)系統(tǒng)的影響。3、泄漏液壓系統(tǒng)的泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏。內(nèi)泄漏指泄漏過(guò)程發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部，例如液壓缸活塞兩邊的泄漏、控制閥閥芯與閥體之間的泄漏等。內(nèi)泄漏即使不會(huì)產(chǎn)生液壓油的損失，但是由于發(fā)生泄漏，既定的控制動(dòng)作可能會(huì)受到影響，直至引發(fā)系統(tǒng)故障。外泄漏是指發(fā)生在系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的泄漏。液壓油直接泄漏到環(huán)境中，除了會(huì)影響系統(tǒng)的工作環(huán)境外，還會(huì)造成系統(tǒng)壓力不夠引發(fā)故障。泄漏到環(huán)境中的液壓油尚有發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)。解決方法：采用質(zhì)量較好的密封件，提高設(shè)備的加工精度。六、油壓機(jī)常見的故障與維修（一）液壓油的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓裝置的故障，70%與液壓油有關(guān)，并且這70%中約90%是由于雜質(zhì)所造成的。液壓油的檢查內(nèi)容重要有下列幾點(diǎn)：液壓油的清潔度、顏色、粘度和稠度；另外還的氣味。液壓油從高壓側(cè)流向低壓側(cè)而沒有作機(jī)械功時(shí)，液壓系統(tǒng)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱。液壓油溫度過(guò)高，會(huì)使很貴的密封件變質(zhì)和油液氧化至失效，會(huì)引發(fā)腐蝕和形成沉積物，以至堵塞阻尼孔和加速閥的磨損，過(guò)高的溫度將使閥、泵卡死，高溫還會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題。借助對(duì)油箱內(nèi)油溫的檢查，有時(shí)能夠在嚴(yán)重的危害未發(fā)生前使系統(tǒng)故障得以消除。在大多數(shù)系統(tǒng)里，溢流閥是重要的發(fā)熱源，減壓閥通過(guò)的流量太大也是引發(fā)發(fā)熱的另一種重要因素。由于效率低與能量損失有關(guān)，因此，檢查工作溫度就可懂得與否存在效率低的問(wèn)題，對(duì)液壓系統(tǒng)而言，油液中污染物的控制是一種重要工作，污染物的去除與控制需要使用過(guò)濾器，液壓系統(tǒng)可能裝有較好的過(guò)濾器，安裝位置也很適宜，但如果不精心保養(yǎng)和及時(shí)維護(hù)，過(guò)濾器不能起到應(yīng)有的作用，浪費(fèi)了所花的費(fèi)用。（二）泵、閥的故障。泵如果對(duì)的的安裝使用，液壓泵可持續(xù)使用數(shù)年而不需要維修。一但發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)及早找出因素并盡快排除。借助于液壓圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診療，工作就要簡(jiǎn)樸的多。液壓閥的制造精度高，只要合理裝配并保持良好的工作狀態(tài)，普通極少泄漏，并可精確地控制系統(tǒng)內(nèi)的油液壓力、方向和流量。油中的污染物是閥失效的重要因素，少量的纖維、臟物、氧化物或淤渣都會(huì)引發(fā)故障或閥的損壞。如果采用信得過(guò)的制造廠的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)目赡苄允呛苄〉?。（三）蓄能器的故障蓄能器是貯存高壓油的裝置，當(dāng)泵處在正常的無(wú)負(fù)荷狀態(tài)或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，就可給蓄能器充油。蓄能器貯存的高壓油在需要時(shí)能夠釋放出來(lái)，補(bǔ)充泵的流量，或在停泵時(shí)給系統(tǒng)供油。我們現(xiàn)使用的蓄能器大多為隔閡式和氣囊式；蓄能器靠壓縮惰性氣體來(lái)貯存能量，普通采用氮?dú)?，?shí)際充氣壓力不能高于臨界值，大多數(shù)場(chǎng)合，充氣壓力值應(yīng)在系統(tǒng)最高壓力值的1/3到1/2的范疇內(nèi)，這樣效果最佳，回路工作特性極少變化。特別強(qiáng)調(diào)的是，不要使用氧氣或含氧氣的混合氣體?？傊?，通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)更加進(jìn)一步的理解和掌握，不停提高技術(shù)和工作能力，才干更加好的解決好液壓設(shè)備使用者面臨的重要問(wèn)題，管理好液壓系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能找出引發(fā)系統(tǒng)故障真正的因素，更多的工作是從平時(shí)的日常點(diǎn)檢開始，重視設(shè)備檢查和維修工作的細(xì)節(jié)，在故障早期就將引發(fā)故障的多個(gè)因素消除，通過(guò)對(duì)工作循環(huán)不停的改善與提高，從而使預(yù)知維修工作能在不停變化的工作環(huán)境中更進(jìn)一步，確保設(shè)備發(fā)揮更大的效益，實(shí)現(xiàn)設(shè)備事故為零的目的。在本次液壓機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我需要研究解決的問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：1)擬定油壓機(jī)的重要技術(shù)規(guī)格和動(dòng)作線圖。2)擬定油壓機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)。（工藝設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、總體布局）3）對(duì)油壓機(jī)主缸各構(gòu)成部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和構(gòu)造的設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度與剛度的校核。4）上橫梁和滑塊進(jìn)行構(gòu)造的設(shè)計(jì)、材料選擇、零件強(qiáng)度和剛度的校核。5）油壓機(jī)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中每一步都是緊密有關(guān)的不能孤立的研究，要把每個(gè)構(gòu)造的設(shè)計(jì)互相聯(lián)系起來(lái)考慮，這樣設(shè)計(jì)出的油壓機(jī)系統(tǒng)才符合規(guī)定。四、文獻(xiàn)翻譯薩達(dá)娜31卷第，第5部分，October頁(yè)。543-556。（三）印度印刷體積模量對(duì)液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的影響阿里沃爾坎阿卡亞耶爾德茲科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系，34349貝西克塔斯，伊斯坦布爾，土耳其電子郵件：MS收到9月9日，經(jīng)修訂的2月20日摘要.這篇研究報(bào)告，我們重要通過(guò)PID（比例積分微分）控制方式檢測(cè)液壓控制系統(tǒng)對(duì)角速度控制的Matlab仿真。有一種地方很值得關(guān)注，涉及對(duì)體積模量控制分析系統(tǒng)。仿真成果表明，體積模量通過(guò)變參數(shù)能夠獲得更實(shí)用的模型。另外，PID控制器的局限性之處在于對(duì)變體積模量角速度的控制，而含糊控制能夠?qū)崿F(xiàn)較好的控制。核心詞液壓傳動(dòng)；體積模量；PID(比例積分微分)；含糊控制1.引言液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是種輸出可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的抱負(fù)動(dòng)力傳遞方式，這樣在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在制造領(lǐng)域，自動(dòng)化和重型車輛。它能夠提供快速的響應(yīng)，在變負(fù)載狀況下能保持精確的傳動(dòng)速度，能夠改善能量的運(yùn)用效率和變功率傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)的基礎(chǔ)為液壓系統(tǒng)。普通來(lái)講，它涉及由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的變量泵，定量或變量馬達(dá)，全部規(guī)定控制的都在一種簡(jiǎn)樸的控制柜中。通過(guò)調(diào)節(jié)泵或者馬達(dá)的排量，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。制造廠商和研究人員不停的改善性能和減少液壓傳動(dòng)系統(tǒng)成本。特別是近十年，體積模量在液壓傳動(dòng)和控制系統(tǒng)的研究中引發(fā)了人們的關(guān)注。某些這方面的研究專項(xiàng)在學(xué)術(shù)期刊中能夠找到。Lennevi和Palmberg、Lee和Wu運(yùn)用多個(gè)轉(zhuǎn)速控制算法求液壓系統(tǒng)的液壓力得到了較好的發(fā)展和應(yīng)用。全部這些設(shè)計(jì)用的體積模量都是固定值，合用的壓力范疇廣。但是，事實(shí)上體積模量是液壓系統(tǒng)中必須考慮的因素。因溫度變化和大氣壓，體積模量可在運(yùn)行過(guò)程中求出液壓系統(tǒng)的液壓力。一點(diǎn)空隙足以大副減少體積模量。另外，系統(tǒng)壓力起著重要的作用在體積模量值上。非線性影響了體積模量的不穩(wěn)定，例如：壓力振動(dòng)造成的壓力波會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)行不利，尚有可能會(huì)因磨損而造成部件的使用壽命縮短，干擾控制系統(tǒng)，減少了效率和增加了噪音。盡管有這些不良的影響，但在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中極少有有關(guān)體積模量的研究。1994年Yu等人開發(fā)了一種參數(shù)辯識(shí)的辦法，通過(guò)長(zhǎng)的管子來(lái)測(cè)量壓力波在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)液壓油體積模量的影響。Marning(1997)發(fā)現(xiàn)了液壓油體積模量與液壓系統(tǒng)壓力之間的線性關(guān)系。但是，迄今為止，在液壓傳動(dòng)控制的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還沒有文獻(xiàn)將體積模量考慮進(jìn)液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型中。事實(shí)上，典型的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)變體模量比普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有更復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程。因此,伺服控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)狀況對(duì)體積模變得更為重要,由于閉環(huán)系統(tǒng)本身不會(huì)引發(fā)穩(wěn)定性問(wèn)題。體積模量無(wú)法直接擬定,這樣須要預(yù)計(jì)?；谶@一預(yù)計(jì),在液壓控制系統(tǒng)中可能要采用修正的辦法。體積模量復(fù)雜的動(dòng)態(tài)互相作用和控制方式是用仿真建模和分析軟件來(lái)監(jiān)測(cè)的。做一種真正的模型系統(tǒng)是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，模擬仿真測(cè)試是非常有利的。伺服液壓傳控制系統(tǒng)是解決這個(gè)問(wèn)題的好方法。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模的仿真實(shí)驗(yàn)不需要昂貴的模型。仿真還能縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是一種典型的液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)模型是通過(guò)MATLAB的仿真軟件來(lái)研究的。該系統(tǒng)模型是由泵、閥、液壓馬達(dá)、液壓管等組件組合而成。另外，變體積模量將描述出影響系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的現(xiàn)象與控制算法。為此，兩個(gè)不同的液壓軟管仿真模型被分別接入系統(tǒng)模型中。另外，運(yùn)用模型來(lái)設(shè)計(jì)控制的過(guò)程。液壓馬達(dá)角速度的控制是通過(guò)PID(比例積分微分)和含糊控制器來(lái)完畢的。在第一種模型中，液壓系統(tǒng)的體積模量和角速度假設(shè)為一種定值，并由典型的PID(比例積分微分)和含糊控制器來(lái)控制。第二個(gè)模型,體積模量被定義為可變參數(shù)，這個(gè)參數(shù)取決于大氣壓和系統(tǒng)的壓力。在應(yīng)用同一PID控制參數(shù)的狀況下，這種新模式合用于液壓系統(tǒng)的速度控制。接下來(lái)，含糊控制器應(yīng)用于這一新模式中，能夠判斷體積模量的非線性關(guān)系。兩種控制方法的仿真成果被用來(lái)對(duì)比分析體積模量在液壓系統(tǒng)中的不同狀況。2．?dāng)?shù)學(xué)模型液壓系統(tǒng)的物理模型如圖1所示。變量泵由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，提供液壓能給傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生固定的體積模量效應(yīng)，變量馬達(dá)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。為了不讓系統(tǒng)產(chǎn)生過(guò)高的壓力，使用減壓閥來(lái)解決。圖1.液壓傳動(dòng)系統(tǒng)從客觀的角度來(lái)看這個(gè)研究，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型應(yīng)當(dāng)越簡(jiǎn)樸越好。與此同時(shí)，它必須涉及重要的實(shí)際特性。理解單獨(dú)組件的目的是為了更加好的理解系統(tǒng)模型。運(yùn)用物理基礎(chǔ)知識(shí)，現(xiàn)在能夠得到平衡和持續(xù)性方程。模型反映出了每個(gè)組件動(dòng)態(tài)狀態(tài)時(shí)的狀況。通過(guò)理解每個(gè)組件，將全部組件聯(lián)系起來(lái)能夠理解整個(gè)系統(tǒng)，從而得到整個(gè)系統(tǒng)模型。本文中，運(yùn)用各組件來(lái)開發(fā)液壓系統(tǒng)模型是早期所用到的辦法。2.1變量泵假設(shè)原動(dòng)機(jī)（異步電動(dòng)機(jī)）的角速度是個(gè)常數(shù)。因此，聯(lián)結(jié)泵的軸的角速度也是個(gè)恒定的值。泵的流量能夠通過(guò)變量泵的斜盤角度和位移得到以下關(guān)系：Qp=αkpηvp,(1)式中，Qp表達(dá)泵的流量(m3/s)，α表達(dá)斜盤的傾斜角度(?)，kp表達(dá)泵的系數(shù)，ηvp表達(dá)泵的容積效率，假設(shè)這個(gè)參數(shù)與泵自轉(zhuǎn)角度沒有關(guān)系。2.2減壓閥為了簡(jiǎn)化，減壓閥不考慮動(dòng)態(tài)因素的影響，這樣，能夠得到減壓閥在啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)的兩個(gè)流量方程。Qv=kv(P?Pv),如果P不不大于Pv,(2)Qv=0,如果P不大于等于Pv,(3)式中，kv表達(dá)閥的靜態(tài)特性，P表達(dá)系統(tǒng)的壓力（帕），Pv表達(dá)啟動(dòng)壓力（帕）。2.3液壓管作為傳統(tǒng)模型，高壓管用于連接泵和馬達(dá)，在這里體積模量是個(gè)固定值。變體積模量在接下來(lái)的章節(jié)中討論。流體的可壓縮性關(guān)系以下式（4）所示。等式（5）提出了在給定流量時(shí)壓力值的求法。假設(shè)液壓管對(duì)系統(tǒng)的壓降無(wú)視不計(jì)。Qc=(V/β)(dP/dt),(4)(dP/dt)=(β/V)Qc,(5)式中，Qc表達(dá)通過(guò)壓縮后的流量(m3/s),V表達(dá)流體通過(guò)壓縮后的體積(m3)，β表達(dá)流體的固定體積模量，在液壓系統(tǒng)和動(dòng)能傳動(dòng)中它是一種重要的參數(shù)，因而它將影響動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的狀況。非氣液壓油的體積模量取決于溫度和壓力，礦物油根據(jù)添加劑數(shù)量不同，體積模量為1200~Mpa。但是，系統(tǒng)壓力和融合空氣，將影響體積模量的值。如果采用液壓膠管而非鋼管，體積模量在這里就回大大減少。由于這些參數(shù)影響體積模量，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型必須含有更精確的動(dòng)力系統(tǒng)。流體和空氣的混合體在液壓管中的變體積模量能夠以下所示：(6)式中，下標(biāo)α、f和h分別指空氣、流體和液壓管。假設(shè)初始總體積為=+，尚有>>。這樣體積模量會(huì)比任何,,和Vt/Va都要小。積模量中流體的來(lái)自于生產(chǎn)廠家體的數(shù)據(jù)。(Cp/Cv)P=1.4P重要用于絕熱狀態(tài)下空氣的體積模量。（6）式還能夠改寫以下：(7)式中：s表達(dá)融入空氣的總體積(s=Va/Vt)。2.4液壓馬達(dá)和負(fù)載液壓馬達(dá)的流量(m3/s)能夠用公式表達(dá)以下：Qm=kmω/ηvm,(8)式中：km表達(dá)液壓馬達(dá)的系數(shù)，ω表達(dá)液壓馬達(dá)的角速度，ηvm表達(dá)液壓馬達(dá)的容積效率。假設(shè)液壓馬達(dá)的效率不受轉(zhuǎn)動(dòng)軸的影響。液壓馬達(dá)的扭矩可有公式表達(dá)以下：Mm=kmt_Pηmm,(9)式中：kmt表達(dá)液壓馬達(dá)的扭矩系數(shù)，P表達(dá)液壓馬達(dá)的壓降，ηmm表達(dá)液壓馬達(dá)的機(jī)械效率。液壓馬達(dá)所產(chǎn)生的扭矩等于瞬間馬達(dá)負(fù)載的總和，可由公式表達(dá)以下：Mm=MI+MB+Mo,(10)式中，MI、MB和Mo表達(dá)瞬間形成的負(fù)載慣性，摩擦力隨著機(jī)械運(yùn)行而生，這樣能夠描述為：Mm=Im(dω/dt)+Bω+Mo,(11)式中，Im表達(dá)液壓馬達(dá)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B表達(dá)馬達(dá)和軸的摩擦系數(shù)，ω表達(dá)馬達(dá)軸的角速度。等式（11）用于擬定液壓馬達(dá)軸的角速度。從新定義角速度公式以下：dω/dt=(Mm?Bω?Mo)/Im.(12)2.5液壓傳動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)基本數(shù)學(xué)模型，結(jié)合液壓系統(tǒng)中各組件和發(fā)生的現(xiàn)象，從而方便獲得總體液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型。由此，液壓系統(tǒng)是根據(jù)模型仿照而成的系統(tǒng)。在開發(fā)動(dòng)態(tài)模型系統(tǒng)時(shí)，假設(shè)傳動(dòng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性不取決于液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向，傳動(dòng)處在平衡狀態(tài)。不考慮模型中液壓泵和馬達(dá)的泄露量。通過(guò)數(shù)學(xué)模型能夠得到液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)等式以下：流量方程：Qp=Qm+Qc+Qv,(13)瞬時(shí)：Mm=MI+MB+Mo.(14)聯(lián)合等式（5）和（12），能夠得到以下公式：dP/dt=(β/V)(Qp?Qm?Qv),(15)dω/dt=(Mm?Bω?Mo)/Im.(16)Matlab仿真一種慣用的模擬仿真方式，它重要用于求解非線性方程。仿真模型是基于圖2中所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)模型中的組件能夠很容易在規(guī)定規(guī)定內(nèi)變換。據(jù)此，變化液壓組件中的液壓管，通過(guò)等式（7）能夠得到第二種模型。3.控制應(yīng)用許多有關(guān)的刊物記載出版了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中馬達(dá)與相連負(fù)載的速度控制辦法。為了完畢這個(gè)目的，設(shè)計(jì)中采用了不同的閉環(huán)控制。但是，1996年Lee和Wu通過(guò)調(diào)節(jié)泵的位移來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載的速度，這種測(cè)試辦法是最有用的。另外，1996年Re等人解決了用變化泵的排量來(lái)控制負(fù)載的速度，變化泵和馬達(dá)的流量是最高效的，在任何時(shí)候應(yīng)當(dāng)盡量首選這種控制辦法。為此，正在研究液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的這一問(wèn)題，輸出角速度通過(guò)液壓馬達(dá)提供的流量來(lái)控制，通過(guò)調(diào)節(jié)變量泵斜盤的角度來(lái)調(diào)節(jié)流量。為了研究的方便，在應(yīng)用中不考慮斜盤的動(dòng)力學(xué)影響。另外，斜盤控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)速度普通比其它系統(tǒng)要快，因此無(wú)視動(dòng)力學(xué)影響是有理由的。液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)中液壓馬達(dá)的角速度通過(guò)精確控制得到，因而事先必須設(shè)計(jì)好控制器。在工業(yè)中，典型的控制辦法有PI、PID，它們被用于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的速度控制。核心是要擬定控制參數(shù)，由于PID控制辦法含有線性的特性。特別是在控制器中應(yīng)當(dāng)把體積模量當(dāng)作一種非線性的。由于有可變范疇，這樣控制器的性能要非常的穩(wěn)定。以理論知識(shí)為基礎(chǔ)的控制越來(lái)越多，特別是在含糊控制領(lǐng)域。不像典型控制辦法，含糊控制結(jié)合非線性來(lái)設(shè)計(jì)控制思路。因此，這種控制辦法的應(yīng)用能夠用于判斷對(duì)減少體積模量影響的控制能力。3.1PID控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)角速度控制的算法在公式（17）、（18）中已經(jīng)給出。用Ziegler-Nichols法校正控制參數(shù)，例如比例增益(Kp),響應(yīng)時(shí)間常數(shù)(τd)，積分時(shí)間常數(shù)(τi)。通過(guò)參考角速度來(lái)擬定最優(yōu)的控制參數(shù)。圖3表達(dá)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)仿真模型。uv(t)=Kp·e(t)+Kp·τd·de(t)/dt+Kp/τi·dt,(17)e(t)=ωr?ω.(18)4、結(jié)論運(yùn)用系統(tǒng)模型和仿真技術(shù)分析了體積模量非線性對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的影響。通過(guò)這個(gè)研究表明，如果無(wú)視了液壓傳動(dòng)系統(tǒng)體積模量的動(dòng)態(tài)影響，對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)和安全運(yùn)行將帶來(lái)很大的錯(cuò)誤。因此，應(yīng)當(dāng)把體積模量作為變參數(shù)考慮，這樣能夠得到實(shí)際的整體模型和擬定更精確的PID控制器參數(shù)。迄今為止，還沒有分析液壓系統(tǒng)模型體積模量的同時(shí)描述模型的設(shè)計(jì)特點(diǎn)的文獻(xiàn)。于是，對(duì)于當(dāng)時(shí)最早的設(shè)計(jì)，PID控制器應(yīng)用于液壓傳動(dòng)控制系統(tǒng)可能是有用的。這樣能夠清晰的看到含糊控制器消除變體積模量的不良影響。這樣有助于控制設(shè)計(jì)開發(fā)更加好的控制器。此后的研究發(fā)展的方向，將涉及模型斜盤的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、閥的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、液壓馬達(dá)和泵的流動(dòng)復(fù)雜和轉(zhuǎn)矩問(wèn)題。這樣，一種適宜的控制辦法將被應(yīng)用于調(diào)速和變負(fù)載的狀況。注意：請(qǐng)將外文文獻(xiàn)原文復(fù)印件附在背面。SadhanaVol.31,Part5,October,pp.543–556.(C)PrintedinIndia

Effectofbulkmodulusonperformanceofahydrostatictransmissioncontrolsystem

ALIVOLKANAKKAYA

YildizTechnicalUniversity,MechanicalEngineeringDepartment,34349,

Besiktas,Istanbul,Turkey

e-mail:

MSreceived9September;revised20February

Abstract.Inthispaper,weexaminetheperformanceofPID(proportionalintegralderivative)andfuzzycontrollersontheangularvelocityofahydrostatictransmissionsystembymeansofMatlab-Simulink.Averynovelaspectisthatitincludestheanalysisoftheeffectofbulkmodulusonsystemcontrol.Simulationresultsdemonstratesthatbulkmodulusshouldbeconsideredasavariableparametertoobtainamorerealisticmodel.Additionally,aPIDcontrollerisinsufficientinpresenceofvariablebulkmodulus,whereasafuzzycontrollerprovidesrobustangularvelocitycontrol.

Keywords.Hydrostatictransmission;bulkmodulus;PID(proportionalintegralderivative);fuzzycontroller.

1.IntroductionHydrostatictransmission(HST)systemsarewidelyrecognizedasanexcellentmeansofpowertransmissionwhenvariableoutputvelocityisrequiredinengineeringapplications,especiallyinfieldofmanufacturing,automationandheavydutyvehicles.Theyofferfastresponse,maintainprecisevelocityundervaryingloadsandallowimprovedenergyefficiencyandpowervariability(Dasgupta;Kugietal).Abasichydrostatictransmissionisanentirehydraulicsystem.Generally,itcontainsavariable-displacementpumpdrivenbyaninductionmotor,afixedorvariabledisplacementmotor,andallrequiredcontrolsinonesimplepackage.Byregulatingthedisplacementofthepumpand/ormotor,acontinuouslyvariablevelocitycanbeachieved.Manufacturersandresearcherscontinuetoimprovetheperformanceandreducethecostofhydrostaticsystems.Especially,modellingandcontrolstudiesofhydrostatictransmissionsystemshaveattractedconsiderableattentioninrecentdecades.Somestudiesonthistopiccanbefoundintheliterature.VariousrotationalvelocitycontrolalgorithmsforhydrostaticsystemsaredevelopedandappliedbyLennevi&Palmberg,Lee&Wu.Allthesedesignsusethebulkmodulusasafixedvaluethroughawidepressurerange.However,inpractice,thebulkmodulusisanessentialpartofdynamicbehavioursofthehydraulicsystems.Duetotemperaturevariationsandairentrapment,thebulkmodulusmayvaryduringtheoperationofthehydraulicsystems.Alittleentrappedairisenoughtoreducethebulkmodulussignificantly.Moreover,systempressureplaysanimportantroleonthebulkmodulusvalue.Someeffectsofinstabilitiesinducedbybulkmodulusnonlinearitiessuchaspressureoscillationsintheformofpressurewavescanbedetrimentaltooperationofhydraulicsystemsandmayresultinreducedcomponentlife,lossofperformance,disturbanceincontrolsystems,reducedefficiencyandincreasedacous-ticnoise.Inspiteoftheseadverseeffects,therearefewstudiesaboutbulkmoduluswithinhydrostatictransmissionsystems.Yuetal(1994)developedanon-lineparameteridentificationmethod,determiningtheeffectiveoilbulkmoduluswithinanactualhydraulicsystembymeasuringthepropagationofapressurewavethroughalongpipe.Marning(1997)developedalinearrelationbetweenoilbulkmodulusandpressureforaHSTsystem.However,todate,nothinghasappearedintheliteraturethataddressestheeffectofbulkmodulusdynamicsincorporatedintoahydrostatictransmissionmodeloncontroldesignprocessoftheHSTsystem.Infact,modelsofhydrostatictransmissionsystemswithvariablebulkmodulushavemorecomplexdynamicbehaviourthannormal.Moreover,havingservocontrolofthesystem,dynamicsofbulkmodulusbecomesmoreimportantbecausetheclosed-loopsystemitselfraisestheissueofstability.Bulkmoduluscannotbedetermineddirectlyandhenceneedstobeestimated.Basedonthisestimation,correctiveactionsmaybetakenincontrolapplicationsforHSTsystems.Thecomplexdynamicinteractionsbetweenvariablebulkmodulusandthecontrolactionisinvestigatedusingmodellingandsimulationanalysis.Simulationtestsareparticularlybeneficialwhenpreparingamodelofarealsystemiscomplicatedandtime-consuming.Aservohydrostatictransmissioncontrolsystemisagoodexampleforthisissue.Thedeterminationofstaticanddynamicbehavioursusingsimulationtestsispossiblewithoutexpensiveprototypes.Thesimulationalsomakesashorterproduct-designingcyclepossible.

ThisstudyfocusesoncontrolperformanceofatypicalHSTsystem.AnonlinearmodelofthesystemisstudiedbymeansofMatlab-Simulinksoftware.Thesystemmodelisacombinationofeachindividualcomponentmodelconsistingofpump,valve,hydraulichoseandhydraulicmotor.Inaddition,thevariablebulkmodulusispresentedtodescribetheeffectsofthisphenomenononsystemdynamicsandcontrolalgorithm.Forthispurpose,twodifferenthydraulichoseSimulinkmodelsareincorporatedseparatelyintothesystemmodel.Inaddition,themodelsareutilizedinthecontroldesignprocess.ThecontroloftheangularvelocityofthehydraulicmotorcoupledwithloadisachievedbyPID(proportionalintegralderivative)andfuzzytypesofcontroller.Inthefirstmodel,bulkmodulusisassumedtohaveafixedvalueandangularvelocitycontroloftheHSTsystemiscarriedoutwiththeclassicalPIDcontrolalgorithm.Inthesecondmodel,bulkmodulusisdefinedasavariableparameterdependingonentrappedairandsystempressure.ThisnewmodelisappliedonvelocitycontroloftheHSTsystemunderthesamePIDcontrolparameters.Inthefollowing,fuzzycontrollerisimplementedinthisnewmodelinordertojudgeitscapabilityagainstvariablebulkmodulusnonlinearity.ThesimulationresultsoftwocontrolapproachesarethencomparedtoanalysethedifferencesintheperformanceoftheHSTsystemintermsofbulkmodulusdynamics.

2.Mathematicalmodel

ThephysicalmodeloftheHSTsystemconsideredforthisstudyisshowninfigure1.Thevariabledisplacementpumpdrivenbyaninductionmotorsupplieshydraulicpowertoafixed

displacementhydraulicmotorfordrivingload.Toprotectthesystemfromexcessivepressure,apressurereliefvalveisused.

Fromaresearchobjectivepointofview,thedescriptionsofasystemmathematicalmodelshouldbeassimpleaspossible.Atthesametime,itmustincludeimportantcharacteristicsoftherealevent.Onewaytounderstandthesystemistoseparatethesystemintocomponentsforthepurposeofmodelling.Usingafundamentalknowledgeofphysics,forinstancethemomentequilibriumandcontinuityequation,amodelthatrepresentsthedynamicsbehaviourofeachcomponentcanbederivedatthecomponentlevels.Havingunderstoodeachindividualcomponent,wecanunderstandtheoverallsystembyinterconnectingthecomponentstogethertoobtainanoverallsystemmodel.Inthispaper,themodelofeachcomponentusedfortheHSTsystemisdevelopedusingearliermethods.

2.1Variable-displacementpump

Itisassumedthattheangularvelocityoftheprimemover(inductionmotor)isconstant.Therefore,angularvelocityofthepumpshaftisconstant.Pumpflowratecanbeadjustedwithvariabledisplacementviatheswashplatedisplacementangleandcanbegivenas

Qp=αkpηvp,(1)

where,Qpispumpflowrate(m3/s),αisdisplacementangleofswashplate(?),kpispumpcoefficient(m3/s),ηvpispumpvolumetricefficiency(-)whichisassumednottodependonpumprotationangle.

PressurereliefvalveTosimplify,pressurereliefvalvedynamicsisnottakenintoconsideration.Therefore,twoequationasbelowaregivenforpassingflowratethroughpressurereliefvalve(m3/s)inthestateofopeningandclosing.

Qv=kv(P?Pv),ifP＞Pv,(2)Qv=0,ifP≤Pv,(3)where,kvisslopecoefficientofvalvestaticcharacteristic(m5/Ns),Pissystempressure(Pa)andPvisvalveopeningpressure(Pa).

2.3Hydraulichose

Asintraditionalmodelling,thepressurizedhosethatconnectsthepumptothemotorsismodelledasvolumewithafixedbulkmodulusinthissection.Variablebulkmodulusarediscussedinthefollowingsubsection.

Thefluidcompressibilityrelationcanbegivenasin(4).Equation(5)providesthepressurevaluefromagivenflowrate.Itisassumedthatpressuredropinthehydraulichoseisnegligible.

Qc=(V/β)(dP/dt),(4)(dP/dt)=(β/V)Qc,(5)where,Qcisflowratedealwithfluidcompressibility(m3/s),Visthefluidvolume(m3)subjectedtopressureeffect,βisfixedbulkmodulus(Pa),VariablebulkmodulusFluidisanimportantelementofhydrostaticsystemsandenablespowertransmission,henceitcaninfluencethedynamicbehavioursofthesystemandthecontrolsystem.Thebulkmodulusofnon-aeratedhydraulicoildependsontemperatureandpressure,formineraloilswithadditivesitsvaluerangesfrom1200toMPa.Moreover,systempressureandentrappedairaffectthebulkmodulusvalue.Ifahydraulichoseisusedratherthanasteelpipe,thebulkmodulusofthissectionmaybeconsiderablyreduced.Owingtothesereasons,theparametersinfluencingbulkmodulusvaluemustbeincludedintheHSTmodelformoreaccuratesystemdynamics.

Theequationwhichgivesthevariablebulkmodulusoffluid-airmixtureinaflexiblecontainerisasfollows:(6)where,thesubcriptsa,fandhrefertoair,fluid,andhoserespectively.Itisassumedthattheinitialtotalvolume=+,andthat>>.Thusbulkmoduluswillbelessthanany,,orVt/Va.Thebulkmodulusofthefluidisobtainedfromthemanufacturersdata.Theadiabaticbulkmodulususedforairis(Cp/Cv)P=1.4P.Withtheseassumptions,

(6)canberewrittenasin,(7)where,sisentrappedairpercentinthetotalvolume(s=Va/Vt).

Hydraulicmotorandload

Flowrateusedinthehydraulicmotor(m3/s)canbewrittenasin

Qm=kmω/ηvm,(8)where,kmishydraulicmotorcoefficient(m3),ωisangularvelocityofhydraulicmotor(1/s)andηvmisvolumetricefficiencyofthemotor(-).Itisassumedthathydraulicmotorefficiencydoesnotdependonitsshaftrotationangle.Hydraulicmotortorque(Nm)canbewrittenas,

Mm=kmt_Pηmm,(9)where,kmtismotortorquecoefficient(m3),△Pispressuredropinhydraulicmotor(Pa)

andηmmismechanicalefficiencyofhydraulicthemotor(-).Thetorqueproducedinthe

hydraulicmotor(Nm)isequaltothesumofthemomentsfromthemotorloadsandcanbe

givenas,

Mm=MI+MB+Mo,(10)where,MI,MBandMoarethemomentsresultingfromloadinertia,frictionforceandmachineoperationrespectively.Thesemomentscanbedenotedas

Mm=Im(dω/dt)+Bω+Mo,(11)where,Imistheinertiaofthehydraulicmotorshaft(Nms2),Bisviscousfrictioncoefficientofmotoranditsshaft(Ns/m),andωisangularvelocityofmotorshaft(1/s).Equation(11)canbeusedtodeterminetheangularvelocityofthehydraulicmotorshaft.Thisequationisrearrangedforangularvelocityas

dω/dt=(Mm?Bω?Mo)/Im.(12)2.5Hydrostatictransmissionsystem

ThefundamentalmathematicalmodelsofthesystemcomponentsandphenomenaoccurringinhydrostaticsystemsareconvenientlycombinedtoobtaintheoverallHSTsystemmodel.Accordingly,ahydrostatictransmissionismodelledasalumpedsystem.Inthedevelopmentofthedynamicmodelofthesystem,itisassumedthatstaticanddynamicfeaturesofthetransmissiondonotdependuponthedirectionofhydraulicmotorrotationandthetransmissionisastateofthermalbalance.Leakageflowsinpumpandmotorarenottakenintoaccountduringthemodelling.

ThemathematicalmodeloftheHSTsystemconsistsoftwoequationsasbelow:equalityofflowrate:Qp=Qm+Qc+Qv,(13)moment:

Mm=MI+MB+Mo.(14)Using(5)and(12),thefollowingarethenobtained,

dP/dt=(β/V)(Qp?Qm?Qv),(15)dω/dt=(Mm?Bω?Mo)/Im.(16)AcommonlyavailablegeneralpurposesimulationpackageMatlab/Simulinkisusedtosolvethenonlinearequations.TheSimulinkmodelbasedonthecomponentmathematicalmodelsofHSTsystemisgiveninfigure2.Thecomponentmodelscanbeeasilymodifiedinaccordancewidthspecificconstructions.Accordingly,whenbulkmodulusisrebuiltinthehydraulichosecomponentwithregardto(7),thesecondmodelcanbegenerated.

3.Controlapplications

MostpublicationsrelatedtotheHSTcontrolarerelatedtothespeedcontrolofthehydraulicmotorconnectedtotheload.Inordertoachievethisgoal,differentclosed-loopcontroldesignstrategiescanbeused.However,Lee&Wu(1996)showedthatusingonlypumpdisplacementtoregulateloadspeedisthemosteffectiveofallthemethodstheytested.Inaddition,Reetal(1996)concludedthatthesoleuseofpumpdisplacementactuationtocontroloneloadspeedofasystemwithvariable-displacementpumpandmotoristhemostefficient,andshouldbealwayspreferredwheneverpossible.Forthisreason,intheHSTsystemsbeingconsideredinthisstudy,theoutputangular