【正文】 ............................................................................................ (32) 9 結(jié)論與展望 本文總結(jié) .......................................................................................... (32) 將來展望 .......................................................................................... (33) 致 謝 ................................................................................................. (34) 參考文獻 ................................................................................................. (35) 附 錄 1 1 1 緒 論 本課題的來源、目的及意義 本課題研究的來源 汽車液壓多缸自卸系統(tǒng)是應用在中大型工程自卸汽車上的車廂自動翻斗卸貨系統(tǒng)，因載重量大（一般大于 10噸），所以一般要用兩個以上的液壓 缸作為動力。但是在使用多缸時，就存在同步控制問題。據(jù)某公司反映，當自卸汽車的液壓系統(tǒng)存在嚴重的同步問題時，輕者會因受力不均衡出現(xiàn)明顯的車廂變形，重者會出現(xiàn)車廂斷裂的嚴重事故，因此實現(xiàn)多缸在規(guī)定的精度下的同步控制是本課題研究的目的。 本課題研究的目的 通過運用計算機仿真技術(shù)（ MATLAB 軟件），針對某公司生產(chǎn)的中大型工程自卸車的 車廂自動翻斗卸貨系統(tǒng) 在進行翻轉(zhuǎn)時存在的多缸不同步現(xiàn)象 （有時造成車廂變形，嚴重的會造成車廂體斷裂），完成多缸同步液壓電液系統(tǒng)的方案研究，用以指導存在多缸不同步現(xiàn)象的自卸車 的生產(chǎn)實踐，達到提高多缸同步的精度、獲得更加優(yōu)化的液壓同步控制系統(tǒng)的目標。 本課題研究的意義 基于某 公司出現(xiàn)的中大型工程自卸車的車廂自動翻斗卸貨系統(tǒng)不同步現(xiàn)象 ，通過指導老師介紹存在如下主要問題： 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)過于簡單，以至于都不能滿足于基本的補償功能； 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)只是單一的供油系統(tǒng)，無反饋系統(tǒng)； 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)控制的油缸不同步現(xiàn)象嚴重，遠超出了規(guī)定的誤差范圍，有時載重量大的情況下，會造成車廂發(fā)生變形 ,甚至導致車廂體的斷裂。 基于上述原因，對 液壓油缸的同步問題的研究已勢在必行?？紤]到經(jīng)濟條件和現(xiàn)實條件，通過對整個設(shè)計過程運用計算機仿真的方式，不但能夠縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命，建立或完善貼近實際生產(chǎn)的虛擬模型系統(tǒng)，從而更大程度上提高仿真水平，獲取更大的經(jīng)濟利益。 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 2 社會需求永遠是推動技術(shù)發(fā)展的動力，降低能耗，提高效率，適應環(huán)保需求，機電一體化，高可靠性等是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。 由于液壓技術(shù)廣泛應用了高技術(shù)成果，如自動 控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨擦磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。盡管如此，走向二十一世紀的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應當主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應用領(lǐng)域以滿足未來的要求。 （ 1）課題的國外研究概況 第二次世界大戰(zhàn)后，隨著工業(yè)化水平的迅速提高以及電液伺服閥的出現(xiàn)，液壓伺服系統(tǒng)得到了新的發(fā)展。它將電子控制和液壓傳動有機地結(jié)合起來，開辟了液壓傳動應用的新領(lǐng)域，液壓技術(shù)在民用領(lǐng)域的應用范圍日益廣泛。 現(xiàn)代 液壓技術(shù)既源于傳統(tǒng)的機械技術(shù)，又融合了控制理論、精密制造、新材料、自動化和智能化的檢測、傳感器以及信息技術(shù)等，其產(chǎn)品和系統(tǒng)通常體現(xiàn)為多種技術(shù)的融合與系統(tǒng)集成。盡管，以其他傳動方式取代液壓傳動的研究從未停止過，但到目前為止，像數(shù)碼產(chǎn)品在攝影領(lǐng)域完全取代膠片的“顛覆性革命”，在液壓領(lǐng)域還沒有出現(xiàn)。 由于液壓技術(shù)在裝備制造業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用以及其自身豐富的技術(shù)內(nèi)涵，使得液壓技術(shù)已成為衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標志之一。作為世界上裝備制造業(yè)最發(fā)達的美、德、日等經(jīng)濟體，都有著液壓強國的深刻背景。 （ 2） 課題的國 內(nèi)研究概況 經(jīng)過改革開放三十年發(fā)展，中國液壓行業(yè)已形成門類基本齊全、具有較大規(guī)模和一定技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系，在裝備制造業(yè)中具有不可替代的地位。液壓行業(yè)發(fā)展步伐加快，自主化水平明顯提高，已成為世界液壓產(chǎn)品的制造大國之一。 1）經(jīng)濟總量快速增長 . 2021 年～ 2021 年，中國液壓產(chǎn)業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值年均增速都在 25％以上，成為全球液壓產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度最快的國家。 2021 年，中國液壓市場銷售額約占全球液壓市場銷售總額的 14％，居美國和德國之后位列全球第三。取得這樣的成績，一方面是基于國內(nèi)市場需求的迅猛增 長；另一方面是得益于國內(nèi)液壓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的快速提高，在國際市場中低端產(chǎn)品領(lǐng)域的競爭中取得了優(yōu)勢。 2）形成了多種成分并存的產(chǎn)業(yè)架構(gòu) 經(jīng)過數(shù)輪的重組、改制、兼并以及境外資金的進入，中國液壓行業(yè)已形成了國有企業(yè)、民營企業(yè)、三資企業(yè)三足鼎立的格局。 3）技術(shù)能力有所提高 結(jié)合國家重大工程項目建設(shè)，行業(yè)扎實推進自主化工程，為航空航天、船舶、大型水利工程、大型冶金設(shè)備、核電工程、奧運會工程等配套的液壓元件及系統(tǒng)取得了有效突破。如四川長江液壓件有限公司在北京華德液壓有限公司的積極協(xié)助下，順利完成 了北京奧運會主火炬臺和希望之塔的液壓系統(tǒng)配套任務。 4）中低端產(chǎn)品基本實現(xiàn)自主化 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 3 從液壓產(chǎn)品的貿(mào)易情況可以看出，目前國內(nèi)市場對進口的高端產(chǎn)品需求量仍保持著兩位數(shù)的增長速度；而中低端產(chǎn)品的出口則保持平穩(wěn)。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計， 2021 年國內(nèi)液壓產(chǎn)品進口額約為 21 億美元。以整個液氣密行業(yè)為統(tǒng)計口徑， 2021 年，進口額比上年增長了 50％。液氣密全行業(yè)進出口逆差為 22 億美元。 目前，國內(nèi)液壓市場的份額構(gòu)成，在自主的 65%份額中，有 10%出口。 本課題研究的主要內(nèi)容 確定比較合理的液壓系統(tǒng) 方案； 進行總體參數(shù)的設(shè)定； 液壓元件型號與參數(shù)的確定； 在 MATLAB 軟件環(huán)境下建模與仿真； 對仿真得到的結(jié)果進行分析，確定方案的可行性； 撰寫論文。 2 液壓系統(tǒng)方案的選擇與確定 概述 液壓傳動是機械傳動的一種，但是現(xiàn)在的液壓技術(shù)越來越成熟，于是可以認為液壓已經(jīng)是區(qū)別于機械和電氣的另一種傳動了，就是人們通常說的機電液。對于一個問題的解決，一般可以有幾種方案，我們所要做的就是找出最優(yōu)化的方案。同樣對于有液壓系統(tǒng)參與的運動，液壓系統(tǒng)本身同樣也有多 種方案，我們可以通過控制方式、經(jīng)濟、復雜性等方面的分析，確定最優(yōu)化的方案。 各詳細方案的介紹 多油泵無反饋式多缸液壓同步系統(tǒng) 該液壓系統(tǒng)的控制方式是每個定量泵控制一個液壓缸。因為每個定量泵單位時間內(nèi)泵出的流量相同，這樣就可以保證各液壓缸內(nèi)流量的相同，達到同步的效果。然后每個液壓回路上裝上一個簡易的的調(diào)速閥，用來調(diào)節(jié)回路中的流量，從而控制液壓缸移動的速度。另外在各回路上加上減壓閥，來保證回路的安全。各個油路都是保持開環(huán)狀態(tài)?？刂苹芈啡缬覉D 1 所示 。 多油泵有反饋式多缸液壓同步系統(tǒng) 圖 1 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 4 該液壓系統(tǒng)依舊是每個定量泵控制一個液壓缸。除了 有定量泵保證單位時間內(nèi)泵入液壓缸的流量相同外，我們還在液壓缸活塞的末端上安裝一個位移傳感器，首先設(shè)置一個基準缸，其他的液壓缸的動作都向基準缸看起，通過 PLC 處理各個液壓缸的位移信號，若是觀察到某個液壓缸運動的過快（或過慢）時， PLC 就會發(fā)出相應的處理信號來控制該液壓缸回路 上的電磁換向閥開口的張大（或縮?。瑥亩軠蚀_的控制液壓缸的位移運動。當然各個油路都會裝有減壓閥回路，用來保證整個液壓回路的安全。 圖 2 每個液壓回路都保持閉環(huán)狀態(tài)?？刂苹芈啡? 右圖 2 所示； 多油泵有反饋式多缸液壓同步系統(tǒng) 該液壓系統(tǒng)采用的是由一個油泵為三個液壓缸輸油的方式。油泵還是采用汽車普遍使用的定量泵，然后在回路上使用分流閥將油平均的分配到兩個油箱中。當然此處是三個液壓缸的情況，我們應該用兩個分流閥，從而保證了輸入三個液壓缸的流量相同，達到三缸同步的作用。油路中的換向閥是控制整個液壓系統(tǒng)方向的。最后在液壓回路上裝上有減壓閥的減壓回路，來保證液壓回路的安全運轉(zhuǎn)。每個液壓回路都是保持開環(huán)狀態(tài)?？刂苹芈啡缬覉D 3 所示； 圖 3 單油泵有反饋式多缸液壓同步系統(tǒng) 該液壓系統(tǒng)采用的依然是一個油泵為三個液壓缸輸油的方式。定量泵可以控制整個液壓系統(tǒng)總的供油量，然后在各個液壓缸回路上裝一流量傳感器或是在各個 液壓缸活塞的頂端裝一位移傳感器，用來檢測各個液壓缸的流量或是其單位時間內(nèi)的位移量。在各個液壓回路上都裝有電磁比例調(diào)速閥，用以控制輸入各個缸的流量。當然回路上的電磁換向閥是控制三個缸的總流量及液壓缸的運動方向，回路上含有減壓閥的減壓回路是為了保證整個回路的安全運行。我們依舊是選擇其中一個缸為基準缸，另外兩個缸都是根據(jù)基準缸的運動調(diào)整自己的運動，當其中某個缸運動的過快（或過慢），其油路上的流量傳感器或是活塞頂端的位移傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，通過與基準缸上的數(shù)據(jù)比較，從而決定自己是快還是慢了，竟而輸出相應的控制信 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 5 號來 調(diào)節(jié)相應回路上的電磁比例調(diào)速閥開口的大小，達到保證各個缸輸入的流量相等或是各個缸移動的位移量相同的目的。整個油路系統(tǒng)是保持閉環(huán)狀態(tài)，達到有反饋式調(diào)節(jié)的目的。單缸控制回路如右圖 4所示；三缸系統(tǒng)控制回路右圖 5所示； 圖 4 對于以上方案我們主要從以下幾個方面進行對比分析： 方案的復雜性 方案一和方案二都是采用多油多缸的方式，從整體上面看方 案比較繁瑣，太過于重復性。當然方案二和方案四采用的是反饋方式，與那些 無反饋的方案相比較來說，一定程度上也會較復雜； 方案的經(jīng)濟行 對于經(jīng)濟性方面的考慮，很明顯，用的元器件越多越不經(jīng)濟，這樣我們就很容易看出方案一和方案二是最不經(jīng)濟的，因為它們重復使用相同的元器件，增加了成本。其次，方案三與方案四相比，因為方案 圖 5 四相比增加了反饋環(huán)節(jié)，在成本方面肯定會高一寫； 方案的可行性 誠然，這一點是我們產(chǎn)品設(shè)計中最重要的一環(huán)。只有方案是可 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 6 行的，我們考慮前面兩方面的因素才有意義。對于方案的可行性，我們就從能夠在規(guī)定的精度內(nèi)順利 完成規(guī)定動作的能力著手。首先對于方案一和方案三，因為是無反饋式的，只是依靠定量泵泵出的流量和換向閥的調(diào)節(jié)來控制液壓缸的運動，這樣的控制方式，若是考慮到液壓油泄漏問題時，它們之間的誤差將會隨著泄漏的增加而越來越大，很難保證精度。其次對于方案二和方案四，它們都有反饋回路，這樣就可以保證液壓缸的流量時時刻刻的處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)，能夠更好的在規(guī)定的精度范圍內(nèi)保證液壓缸的同步運動。 結(jié)合上面對各個方案的分析，我們可以看出：方案四是最合理的。雖然每個方案都有自身的優(yōu)點，但是我們的目的是為了解決同步問 題。首先，只要是在可行性方面比較差的，像沒有采用反饋調(diào)節(jié)，它不能很好的保證運行的平穩(wěn)性和精度，就不符合我們的要求。其次，考慮到整個回路的經(jīng)濟性和復雜性，甚至可以結(jié)合實際應用環(huán)境，很明顯方案四才是我們最佳的選擇。 3 總體參數(shù)的選擇與確定 在進行設(shè)計時，總體參數(shù)是我們進行設(shè)計的方向標，是我們進行后續(xù)研究設(shè)計的基石，是我們進行參數(shù)驗證的標準。 這里所謂的總體參數(shù)，主要是指本課題所要求達到的技術(shù)