【正文】 ............................................................................................ (32) 9 結(jié)論與展望 本文總結(jié) .......................................................................................... (32) 將來(lái)展望 .......................................................................................... (33) 致 謝 ................................................................................................. (34) 參考文獻(xiàn) ................................................................................................. (35) 附 錄 1 1 1 緒 論 本課題的來(lái)源、目的及意義 本課題研究的來(lái)源 汽車液壓多缸自卸系統(tǒng)是應(yīng)用在中大型工程自卸汽車上的車廂自動(dòng)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(gè)以上的液壓 缸作為動(dòng)力。但是在使用多缸時(shí)，就存在同步控制問(wèn)題。據(jù)某公司反映，當(dāng)自卸汽車的液壓系統(tǒng)存在嚴(yán)重的同步問(wèn)題時(shí)，輕者會(huì)因受力不均衡出現(xiàn)明顯的車廂變形，重者會(huì)出現(xiàn)車廂斷裂的嚴(yán)重事故，因此實(shí)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(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)（ MATLAB 軟件），針對(duì)某公司生產(chǎn)的中大型工程自卸車的 車廂自動(dòng)翻斗卸貨系統(tǒng) 在進(jìn)行翻轉(zhuǎn)時(shí)存在的多缸不同步現(xiàn)象 （有時(shí)造成車廂變形，嚴(yán)重的會(huì)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(dǎo)存在多缸不同步現(xiàn)象的自卸車 的生產(chǎn)實(shí)踐，達(dá)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(biāo)。 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(dòng)翻斗卸貨系統(tǒng)不同步現(xiàn)象 ，通過(guò)指導(dǎo)老師介紹存在如下主要問(wèn)題： 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單，以至于都不能滿足于基本的補(bǔ)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(wú)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(yán)重，遠(yuǎn)超出了規(guī)定的誤差范圍，有時(shí)載重量大的情況下，會(huì)造成車廂發(fā)生變形 ,甚至導(dǎo)致車廂體的斷裂。 基于上述原因，對(duì) 液壓油缸的同步問(wèn)題的研究已勢(shì)在必行。考慮到經(jīng)濟(jì)條件和現(xiàn)實(shí)條件，通過(guò)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(zhǎng)刀具壽命，建立或完善貼近實(shí)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(jì)利益。 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 2 社會(huì)需求永遠(yuǎn)是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，機(jī)電一體化，高可靠性等是液壓氣動(dòng)技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動(dòng)產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)是否取勝的關(guān)鍵。 由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動(dòng) 控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(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(lái)的要求。 （ 1）課題的國(guó)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(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，開(kāi)辟了液壓傳動(dòng)應(yīng)用的新領(lǐng)域，液壓技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍日益廣泛。 現(xiàn)代 液壓技術(shù)既源于傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)，又融合了控制理論、精密制造、新材料、自動(dòng)化和智能化的檢測(cè)、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(dòng)方式取代液壓傳動(dòng)的研究從未停止過(guò)，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(méi)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(gè)國(guó)家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志之一。作為世界上裝備制造業(yè)最發(fā)達(dá)的美、德、日等經(jīng)濟(jì)體，都有著液壓強(qiáng)國(guó)的深刻背景。 （ 2） 課題的國(guó) 內(nèi)研究概況 經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放三十年發(fā)展，中國(guó)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(guó)之一。 1）經(jīng)濟(jì)總量快速增長(zhǎng) . 2021 年～ 2021 年，中國(guó)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(guó)家。 2021 年，中國(guó)液壓市場(chǎng)銷售額約占全球液壓市場(chǎng)銷售總額的 14％，居美國(guó)和德國(guó)之后位列全球第三。取得這樣的成績(jī)，一方面是基于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求的迅猛增 長(zhǎng)；另一方面是得益于國(guó)內(nèi)液壓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的快速提高，在國(guó)際市場(chǎng)中低端產(chǎn)品領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中取得了優(yōu)勢(shì)。 2）形成了多種成分并存的產(chǎn)業(yè)架構(gòu) 經(jīng)過(guò)數(shù)輪的重組、改制、兼并以及境外資金的進(jìn)入，中國(guó)液壓行業(yè)已形成了國(guó)有企業(yè)、民營(yíng)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(guó)家重大工程項(xiàng)目建設(shè)，行業(yè)扎實(shí)推進(jìn)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(yùn)會(huì)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(zhǎng)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(yùn)會(huì)主火炬臺(tái)和希望之塔的液壓系統(tǒng)配套任務(wù)。 4）中低端產(chǎn)品基本實(shí)現(xiàn)自主化 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 3 從液壓產(chǎn)品的貿(mào)易情況可以看出，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)進(jìn)口的高端產(chǎn)品需求量仍保持著兩位數(shù)的增長(zhǎng)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(jì)， 2021 年國(guó)內(nèi)液壓產(chǎn)品進(jìn)口額約為 21 億美元。以整個(gè)液氣密行業(yè)為統(tǒng)計(jì)口徑， 2021 年，進(jìn)口額比上年增長(zhǎng)了 50％。液氣密全行業(yè)進(jìn)出口逆差為 22 億美元。 目前，國(guó)內(nèi)液壓市場(chǎng)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(jìn)行總體參數(shù)的設(shè)定； 液壓元件型號(hào)與參數(shù)的確定； 在 MATLAB 軟件環(huán)境下建模與仿真； 對(duì)仿真得到的結(jié)果進(jìn)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(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的一種，但是現(xiàn)在的液壓技術(shù)越來(lái)越成熟，于是可以認(rèn)為液壓已經(jīng)是區(qū)別于機(jī)械和電氣的另一種傳動(dòng)了，就是人們通常說(shuō)的機(jī)電液。對(duì)于一個(gè)問(wèn)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(duì)于有液壓系統(tǒng)參與的運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)本身同樣也有多 種方案，我們可以通過(guò)控制方式、經(jīng)濟(jì)、復(fù)雜性等方面的分析，確定最優(yōu)化的方案。 各詳細(xì)方案的介紹 多油泵無(wú)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(gè)定量泵控制一個(gè)液壓缸。因?yàn)槊總€(gè)定量泵單位時(shí)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(dá)到同步的效果。然后每個(gè)液壓回路上裝上一個(gè)簡(jiǎn)易的的調(diào)速閥，用來(lái)調(diào)節(jié)回路中的流量，從而控制液壓缸移動(dòng)的速度。另外在各回路上加上減壓閥，來(lái)保證回路的安全。各個(gè)油路都是保持開(kāi)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(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 4 該液壓系統(tǒng)依舊是每個(gè)定量泵控制一個(gè)液壓缸。除了 有定量泵保證單位時(shí)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(gè)位移傳感器，首先設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)缸，其他的液壓缸的動(dòng)作都向基準(zhǔn)缸看起，通過(guò) PLC 處理各個(gè)液壓缸的位移信號(hào)，若是觀察到某個(gè)液壓缸運(yùn)動(dòng)的過(guò)快（或過(guò)慢）時(shí)， PLC 就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的處理信號(hào)來(lái)控制該液壓缸回路 上的電磁換向閥開(kāi)口的張大（或縮?。瑥亩軠?zhǔn)確的控制液壓缸的位移運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然各個(gè)油路都會(huì)裝有減壓閥回路，用來(lái)保證整個(gè)液壓回路的安全。 圖 2 每個(gè)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(gè)油泵為三個(gè)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(gè)油箱中。當(dāng)然此處是三個(gè)液壓缸的情況，我們應(yīng)該用兩個(gè)分流閥，從而保證了輸入三個(gè)液壓缸的流量相同，達(dá)到三缸同步的作用。油路中的換向閥是控制整個(gè)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(lái)保證液壓回路的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。每個(gè)液壓回路都是保持開(kāi)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(gè)油泵為三個(gè)液壓缸輸油的方式。定量泵可以控制整個(gè)液壓系統(tǒng)總的供油量，然后在各個(gè)液壓缸回路上裝一流量傳感器或是在各個(gè) 液壓缸活塞的頂端裝一位移傳感器，用來(lái)檢測(cè)各個(gè)液壓缸的流量或是其單位時(shí)間內(nèi)的位移量。在各個(gè)液壓回路上都裝有電磁比例調(diào)速閥，用以控制輸入各個(gè)缸的流量。當(dāng)然回路上的電磁換向閥是控制三個(gè)缸的總流量及液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向，回路上含有減壓閥的減壓回路是為了保證整個(gè)回路的安全運(yùn)行。我們依舊是選擇其中一個(gè)缸為基準(zhǔn)缸，另外兩個(gè)缸都是根據(jù)基準(zhǔn)缸的運(yùn)動(dòng)調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其中某個(gè)缸運(yùn)動(dòng)的過(guò)快（或過(guò)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(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)與基準(zhǔn)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(yīng)的控制信 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 5 號(hào)來(lái) 調(diào)節(jié)相應(yīng)回路上的電磁比例調(diào)速閥開(kāi)口的大小，達(dá)到保證各個(gè)缸輸入的流量相等或是各個(gè)缸移動(dòng)的位移量相同的目的。整個(gè)油路系統(tǒng)是保持閉環(huán)狀態(tài)，達(dá)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(duì)于以上方案我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比分析： 方案的復(fù)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(guò)于重復(fù)性。當(dāng)然方案二和方案四采用的是反饋方式，與那些 無(wú)反饋的方案相比較來(lái)說(shuō)，一定程度上也會(huì)較復(fù)雜； 方案的經(jīng)濟(jì)行 對(duì)于經(jīng)濟(jì)性方面的考慮，很明顯，用的元器件越多越不經(jīng)濟(jì)，這樣我們就很容易看出方案一和方案二是最不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)樗鼈冎貜?fù)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?yàn)榉桨? 圖 5 四相比增加了反饋環(huán)節(jié)，在成本方面肯定會(huì)高一寫； 方案的可行性 誠(chéng)然，這一點(diǎn)是我們產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最重要的一環(huán)。只有方案是可 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計(jì)） 論 文 6 行的，我們考慮前面兩方面的因素才有意義。對(duì)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(dòng)作的能力著手。首先對(duì)于方案一和方案三，因?yàn)槭菬o(wú)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(lái)控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)，這樣的控制方式，若是考慮到液壓油泄漏問(wèn)題時(shí)，它們之間的誤差將會(huì)隨著泄漏的增加而越來(lái)越大，很難保證精度。其次對(duì)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(shí)時(shí)刻刻的處于一個(gè)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。 結(jié)合上面對(duì)各個(gè)方案的分析，我們可以看出：方案四是最合理的。雖然每個(gè)方案都有自身的優(yōu)點(diǎn)，但是我們的目的是為了解決同步問(wèn) 題。首先，只要是在可行性方面比較差的，像沒(méi)有采用反饋調(diào)節(jié)，它不能很好的保證運(yùn)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(gè)回路的經(jīng)濟(jì)性和復(fù)雜性，甚至可以結(jié)合實(shí)際應(yīng)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(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，總體參數(shù)是我們進(jìn)行設(shè)計(jì)的方向標(biāo)，是我們進(jìn)行后續(xù)研究設(shè)計(jì)的基石，是我們進(jìn)行參數(shù)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)。 這里所謂的總體參數(shù)，主要是指本課題所要求達(dá)到的技術(shù)