【正文】 ...................................................................21 凸輪受力分析 ...................................................................................22 新型往復(fù)泵的編程計(jì)算 ...........................................................................24 編程工具的選擇 ...............................................................................24III哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文程序界面...........................................................................................24計(jì)算結(jié)果及分析 ...............................................................................26 新型往復(fù)泵的三維模型 ...........................................................................29主要零部件展示 ...............................................................................30凸輪設(shè)計(jì)方法...................................................................................31新型往復(fù)泵裝配圖 ............................................................................33 本章小結(jié) ..................................................................................................33 第 3 章活塞位置伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ......................................................35 相互匹配的非對(duì)稱閥控缸的模型 ...........................................................36滑閥的流量方程 ...............................................................................36液壓缸連續(xù)方程 ...............................................................................39活塞的力平衡方程 ............................................................................40 電液伺服閥模型 ......................................................................................41 位置伺服控制系統(tǒng)的仿真模型的建立 ...................................................41仿真模型的狀態(tài)空間表示 ................................................................41伺服系統(tǒng)仿真模型 ............................................................................42 伺服系統(tǒng)模型的仿真與分析 ...................................................................42系統(tǒng)參數(shù)的給定 ...............................................................................42 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及典型輸入信號(hào)的響應(yīng) ........................................43 本章小結(jié) ..................................................................................................46 第 4 章電液伺服控制系統(tǒng)控制策略的研究 ......................................................47 PID 控制器 ................................................................................................47 PID 控制基本原理 .............................................................................47 PID 參數(shù)整定方法 .............................................................................48 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 ..........................................................................................50神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述...................................................................................50單神經(jīng)元模型...................................................................................51 BP 網(wǎng)絡(luò)及學(xué)習(xí)算法 ...........................................................................52 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) PID 控制器的設(shè)計(jì)..............................................................55 包含 BP 網(wǎng)絡(luò)控制器的控制系統(tǒng)的仿真與分析 .....................................58 本章小結(jié) ..................................................................................................62 結(jié)論 .....................................................................................................................63參考文獻(xiàn).............................................................................................................64IV哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 69哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位涉密論文管理 70攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 71致謝 72V哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章 緒論 課題背景及研究的目的和意義本課題來源于大慶石油管理局橫向研究課題。隨著世界各國(guó)對(duì)石油需求不 斷增長(zhǎng)使得抽油深度不斷加深，為了保持地層能量，同時(shí)也為了加大原油產(chǎn)量， 油田往往采用高壓注水的方法。但與此同時(shí)，油田常用高壓注水泵在面臨這種 深度更大、壓力更高、外界負(fù)載更加復(fù)雜的工況下，無論泵體工藝、自身效率 還是對(duì)復(fù)雜工況的適應(yīng)性都顯得力不從心，因此本課題旨在研究油田新型高壓 往復(fù)式軸向柱塞泵，適應(yīng)油田實(shí)際工況，用于急需生產(chǎn)實(shí)踐中。柱塞泵依靠密封工作容積的變化實(shí)現(xiàn)吸壓流體作用，從而實(shí)現(xiàn)了將機(jī)械能 轉(zhuǎn)化為液壓能，與其他類型泵相比，柱塞泵有密封性好、泄漏量小、功率質(zhì)量 比大等優(yōu)點(diǎn)。但是常規(guī)往復(fù)式柱塞泵輸出流量的變化，均以改變柱塞泵的柱塞 行程方式獲得輸出流量的改變。而這些方式的變量裝置相對(duì)受力復(fù)雜，制造精 度高并伴有噪聲大、故障率高等缺點(diǎn)、為了解決以上問題，本文提出一種傳動(dòng)方式新穎、受力結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出壓 力更高的新型往復(fù)式高壓柱塞泵，以及與之相匹配的能夠使柱塞泵在柱塞行程 不變的情況下獲得高精度需求流量的精確變量裝置，并對(duì)柱塞泵進(jìn)行理論計(jì)算 和研究，進(jìn)而驗(yàn)證該方案的可行性和可靠性。進(jìn)行生產(chǎn)，解決油田急需。 往復(fù)式柱塞泵的發(fā)展歷史1905 年，美國(guó)人詹尼第一次將礦物油應(yīng)用于液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)帶軸 向柱塞機(jī)械的傳動(dòng)裝置，也稱作 Janny 泵 [2]，其結(jié)構(gòu)如圖 11 所示。20 世紀(jì) 50 年代，丹尼遜公司（美）和盧卡斯公司（英）聯(lián)合開發(fā)了一種 新型斜盤泵。由于這種泵只傳遞轉(zhuǎn)矩，不傳遞彎矩，使得工作壓力和轉(zhuǎn)速有了 大幅度提升 [22]。20 世紀(jì) 60 年代，液壓系統(tǒng)一體化的應(yīng)用在汽車等工業(yè)機(jī)械中的快速發(fā)展 使得通軸泵綜合了其他液壓元件的多種功能，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)得到了極大的簡(jiǎn)化， 使其發(fā)展上有了重大突破 [4]。1哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 11Janny 泵20 世紀(jì) 70 年代至 21 世紀(jì)初，隨著液壓傳動(dòng)的廣泛應(yīng)用，軸向柱塞泵也 得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。許多歐美知名制造商針對(duì)軸向柱塞泵的不同領(lǐng)域進(jìn)行了多種技術(shù)革新，比如柱塞泵的節(jié)能高效；泵和電子技術(shù)的結(jié)合；泵體的輕型化、 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化以及減少脈動(dòng)流量、降低噪聲等方面。其中比較具有代表性的 如美國(guó) Sundstrand 公司的 20 系列通軸泵和由荷蘭 Innas 公司設(shè)計(jì)的一種名為 Floating Cup 結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵 [13]。其結(jié)構(gòu)如圖 12 所示。軸向柱塞泵從 20 世紀(jì)真正意義上的出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷近 100 年的時(shí)間， 從最初的低壓排水到今天的高壓、超高壓傳動(dòng)，無論是工藝結(jié)構(gòu)還是工作性能 都有了顯著提高，并且廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)場(chǎng)合。目前，柱塞泵的生產(chǎn)廠家主 要集中在歐美和日本，這些企業(yè)不僅規(guī)模大制造工藝水平高，而且設(shè)計(jì)理念先 進(jìn)，例如小松、日立、力士樂、川崎、美國(guó)桑斯特等。0 12Floating Cup 結(jié)構(gòu)軸向柱塞泵 國(guó)內(nèi)外在該方向上的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外軸向柱塞泵的研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外對(duì)柱塞泵的研究主要集中在關(guān)鍵摩擦副優(yōu)化技術(shù)、減震降噪技 術(shù)以及將液壓傳動(dòng)機(jī)械和微電子技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化集成等方面。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和可靠性技術(shù)的高速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的三維仿真技術(shù)和2哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文以泵體仿真模型為基礎(chǔ)的試驗(yàn)技術(shù)開始逐漸被廣泛應(yīng)用。柱塞泵中的關(guān)鍵副對(duì)泵的性能和壽命產(chǎn)生決定性的影響。美國(guó)普渡大學(xué)通 過對(duì)柱塞副間隙處油膜動(dòng)力學(xué)、摩擦力和能量耗散的試驗(yàn) [6],得出了柱塞表面所 受摩擦力和柱塞形狀有關(guān)的結(jié)論，其分析結(jié)果如圖 13 所示。圖 13 不同形狀的柱塞所受摩擦力的分布規(guī)律在現(xiàn)代工業(yè)中的一些大型機(jī)械比如冶金、礦山機(jī)械及工程機(jī)械中，利用電 子元件的微型化、集成化，可以將其安裝在液壓傳動(dòng)機(jī)械中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，即能夠有效檢測(cè)其工作狀態(tài)，又有利于液壓系統(tǒng)的故障診斷。基于計(jì)算機(jī)的三維仿真技術(shù)開始于 21 世紀(jì)初期，隨著近些年計(jì)算機(jī)硬件 性能的快速發(fā)展以及價(jià)格的大幅度降低，開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)行業(yè)。仿真技術(shù) 可以檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，有效降低試驗(yàn)成本，提高試驗(yàn)效率，縮短產(chǎn)品的 開發(fā)周期。由于現(xiàn)在的三維仿真軟件中普遍嵌入了動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真功能， 能有有效地分析產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，可以有效地替代實(shí)物樣機(jī)，并且 可以非常方便得到有效可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，利用計(jì)算機(jī)接口技術(shù)，可 以使三維仿真模型直接應(yīng)用于有限元計(jì)算軟件中，得出關(guān)鍵部件的應(yīng)力分析結(jié) 果，這些都是實(shí)物樣機(jī)所無法比擬的。Parker 公司于 2004 年利用仿真軟件建 立柱塞泵的三維模型樣機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖 14 所示，并對(duì)柱塞腔的關(guān)鍵零部件的 應(yīng)力、摩擦力和壓力脈動(dòng)進(jìn)行了仿真分析 [[11]