【正文】 停止過，但到目前為止，像數(shù)碼產品在攝影領域完全取代膠片的“顛覆性革命”，在液壓領域還沒有出現(xiàn)。液壓行業(yè)發(fā)展步伐加快，自主化水平明顯提高，已成為世界液壓產品的制造大國之一。 2）形成了多種成分并存的產業(yè)架構 經過數(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。據海關統(tǒng)計， 2021 年國內液壓產品進口額約為 21 億美元。 本課題研究的主要內容 確定比較合理的液壓系統(tǒng) 方案； 進行總體參數(shù)的設定； 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； 對仿真得到的結果進行分析，確定方案的可行性； 撰寫論文。 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。各個油路都是保持開環(huán)狀態(tài)。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。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。控制回路如右圖 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。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基準缸的運動調整自己的運動，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，通過與基準缸上的數(shù)據比較，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 計） 論 文 5 號來 調節(jié)相應回路上的電磁比例調速閥開口的大小，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。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，這一點是我們產品設計中最重要的一環(huán)。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)定的精度范圍內保證液壓缸的同步運動。其次，考慮到整個回路的經濟性和復雜性，甚至可以結合實際應用環(huán)境，很明顯方案四才是我們最佳的選擇。 課題要求的參數(shù) 根據本課題的需要，所涉及的參數(shù)標準如下： （ 1） 汽車的載重量一般在 10t 以上； （ 2） 已達到汽車的翻轉速度是 3m/min（ ）以上； （ 3） 液壓缸的同步精度應達到 %以上。（注：參考車型使用的是復合缸，本課題使用的是 二級液壓缸，力臂受限，初步將舉升角調為 50176。 因此 ,最終選擇的是液壓缸應頂起尺寸為 7200x2300x1100(mm）、重達 17t的車廂，并且要頂起的舉升角是 50176。 對于液壓缸的設計，類型選擇的是單活塞雙作用液壓缸，其參數(shù)的確定，這里采用的是迭代法。這種方法雖然能用，但費力，隨意性大，大多數(shù)情況下僅滿足要求，未能實現(xiàn)結構的優(yōu)化，特別是最初開始舉升時，阻力最大，導致液壓系統(tǒng)油壓偏高，影響使用壽命；且能耗大，不經濟。 AB 是液壓缸沒有伸出時的原長， AB2 是液壓缸伸出最長時的長度，當然這是由所選用的油缸規(guī)格決定的。由圖形可知， ?OB 中的 ?B是 B點本身， ?OB 中的 ?B 是 B1 點。 液壓缸參數(shù)的確定 經 Excel 優(yōu)化的值，就相當于確定了液壓缸在車廂底部的位置，此時我們就可以利用整個車廂受力平衡理論來計算。 （ 3） 其中 ?sin|||| ?? OBOC ； GOAq ?? || 所以可以求得 F 值，因為液壓缸的個數(shù)是 3，在理想情況下，認為 3個缸是均布受力的，所以每個缸要承受的力是 F/ F/3 是否大于所選定的液壓缸的最大許用力。最大許用拉力 KNF ? 。 i n。當然因為工作負載遠大于慣性負載和摩擦負載，所以慣性負載和摩擦負載可以忽略不計。液壓泵的設計對保證整個液壓系統(tǒng)的正常運轉起著重要的作用。 液壓泵類型的確定 要選擇合理的液壓泵，首先應該選擇一個合理的型號，應選用能適應執(zhí)行元件所要求的壓力發(fā)生回路的泵，同時應充分考慮其可靠性、壽命、維護性等以便所選的泵能夠長期運行。若系統(tǒng)壓力為低壓狀態(tài)（ ）時 ,一般選用齒輪泵；在中壓（ ）狀態(tài)時，可選用中壓葉片泵及齒輪泵；在中高壓（ 816MPa）時，一般選用高壓葉片泵及柱塞泵；當壓力大于 32MPa 時，一般選用柱塞泵； （ 2） 液壓泵的轉速隨主機條件而定：其中工程機械、起重機械、運輸機械、農業(yè)機械等，則多用內燃機驅動，轉速為 15002500r/min，系統(tǒng)可用油門或液壓調速； （ 3） 噪聲：對于車輛用泵，噪聲要求可以放寬一些； （ 4） 自吸性 能：定量泵自吸能力較好，變量泵自吸能力差 。葉 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設 計） 論 文 12 片泵與柱塞泵的區(qū)別具體如表 2所示： 葉片泵 柱塞泵 單作用 雙作用 軸向 徑向式 閥配油 斜盤式 斜軸式 壓力范圍/MPa 低壓型 中高壓型 ? ? ? ? 排量范圍mL/r 1320 5480 162500 420? 轉速范圍r/min 5002021 5004000 6006000 6006000 7004000 1800? 功率質量比kw/kg 小 中 大 中 大 小 大 容積效率 % 5892 8094 8893 8893 8090 9095 總效率 % 5481 6582 8188 8188 8183 8386 自吸能力 中 差 變量能力 能 不能 好 噪聲 中 大 價格 中 中低 高 表 2 因為車用液壓泵多是定量泵，結合上述表中的參數(shù)，確定使用葉片泵，且使用雙作 用類型。本課題主要的目的是實現(xiàn)多缸的同步控制，電磁換向閥主要是控制換向，壓力控制閥主要是在回路中保證整個液壓回路的安全，它們只要符合要求即可，在本次研究中不做過多說明與研究。因此在選擇換向閥時，只需要考慮其壓強和流量符合整個油路變化就行。同樣其只要滿足回路中壓強和流量的要求即可。具體的型號和參數(shù)如下： 型號： FHHT06B1 其中 F使用磷酸脂工作液時標注； HHHH 型壓力控制閥； T管式； 06通徑代號（ 20mm）； B調壓范圍： ； 1調壓閥型式：內部先導，內部泄油 技術規(guī)格見表 7： 通徑代號 通徑 /mm 最高工作壓力 MPa 最大流量 L/min 06 20 21 125 質量 kg HT HG HCT HCG 表 7 7 5 3 。若是用實物會增加研究成本，而且對于現(xiàn)有的條件，也不太可能，所以用實物研究分析的方案行不通。反之，如果在規(guī)定的時間內，相差的數(shù)值超出了允許的范圍，那就說明這種液壓與控制系統(tǒng)不能保證液壓缸的同步運動，將不予采用。 活塞桿 查閱 《機械設計手冊》知，活塞桿的材料大多用 C45 鋼，表面鍍硬鉻。 那么這種情況下，油液的壓縮系數(shù)為： ???? E? 。在每個液壓模塊上都有相應的接線口，將鼠標指到接線口位置，按住鼠標右鍵不放，移動鼠標到另外一個液壓模塊的接線口位置，松開鼠標，就可將這兩個液壓元件連在一起，依次類推，便可連接一套完整的液壓仿真模塊系統(tǒng)。對于這種研究方法，采用的是用數(shù)學模型的方法進行的。具體動態(tài)結構圖如下圖 12 所示 。 當存在外部負載時，就相當于對液壓缸的傳遞函數(shù)連接上一個附加傳遞函數(shù)，設為 )1()( )()( STKSF sQsF FFZFQF ??? 式中： )(sFQF —— 一個比例微分環(huán)節(jié)； FQ —— 由外部負載 zF 引起的流量效應； Fk 和 FT 分別是干擾傳遞函數(shù)中的放大系數(shù)和微 分時間常數(shù)。 4 4 6 5 2 ????MM Ta 。 （ 3）先導閥力平衡方程 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設 計） 論 文 23 dtdxkxkxkdtdxBdt xdmF vsyvfyvwyvvvvme ????? 22 （ 3） 其中： vm —— 閥芯重量； vB —— 速度阻尼系數(shù)； wyk —— 穩(wěn)態(tài)液壓力剛度； fyk —— 反饋彈簧剛度； syk —— 瞬態(tài)液壓力剛度。根據上述分析并參閱《液壓系統(tǒng)現(xiàn)代建模方法》知， ?QRs kkk ，從而得電液比例調速閥的傳遞函數(shù)： ssGf 5 9 )( ?? 對于液壓系統(tǒng)模型的仿真，因為從系統(tǒng)角度去分析很麻煩，而且很容易出現(xiàn)錯誤，所以這里選擇從局部去 考慮。因為負載相當于一個振動系統(tǒng)，所以它的信號是一個波動信號，且由上面的液壓缸附加的傳遞函數(shù)形式，可以選擇使用 PID（比例 積分 微分）控制器。 其次，確定一個可行的研究方案。 最后，對已經確定的數(shù)學仿真模型進行仿真模型，觀察其示波器顯示的結果， 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設 計） 論 文 25 得出相應的可行性結論。然后對收集到的圖像進行分析，或是自身趨勢觀察，或是相互之間的比較，最終得出相關 的結論。 PID（比例 積分 微分）控制器是根據系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量進行控制的。其相關參數(shù)在液壓缸傳遞函數(shù)的求解中已經求的。iT —— 積分時間常數(shù)； DT —— 微分時間常數(shù)。在前面的分析中，已經求的負載的各個方面參數(shù)，負載在舉升過程中，其會因液壓缸活塞桿和液壓油的彈性系數(shù)的存在而出現(xiàn)彈性振動現(xiàn)象。 仿真結果的分析主要是分析在它的系統(tǒng)回路上所安裝的示波器所顯示的波動圖形，利用這個波動圖像來確定液壓缸的運動方式，進而通過與反饋信號的比較，分析出液壓缸是朝著誤差減小的方向還是誤差增大的方向運動。 再次，經分析得出系統(tǒng)的數(shù)學模型。 本部分主要講述的是所確定的方案在 MATLAB 中的仿真，從而驗證方案的可行性。在根據各個液壓元件的數(shù)學模型確立了各自的傳遞函數(shù)后，我們利用這些傳遞函數(shù)在 MATLAB的建模環(huán)境中構建液壓控制的數(shù)學模型。 將式（ 4）、（ 5）進行拉氏變換，消去中間變量 )(sxv ，得出電液比例調速閥的傳遞函數(shù) ： LsR kksU sQsG Qifgf ??? )( )()( 其中，由前面所選的調速閥的參數(shù)得： ；一般為 z1510,12。 39 20000 ???? VF ZCT 所以因為負載的存在，加在液壓缸上的附加傳遞函數(shù)為： )3 9 2 0 01(0 1 5 )( ssF QF ?? 經分析求解得在負載不為零的情況下，液壓缸的主控傳遞函數(shù)和附加傳遞函數(shù)，具體求解步驟如上所述。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設 計） 論 文 22 綜合液容： 1320 ?? ??????? ?kSlVC； 由前面確定的液壓缸的型號可知，所選液壓缸的質量： kgm ? ； 時間常數(shù)： sSbZ mCT VM ) (2 )(2 422 ???? ???? ?； 阻尼比： ) ()2(21 ???????? CZmbTa vMM。 sK RK )(sfG Qk 2221 STSTakMMMM ?? S1 )1( STk FF ? w x F FQ z 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學 院 畢 業(yè)（設 計） 論 文 21 )1( 1 PVM RZSK ?? )(2 2SbZ mCT vM ?? )2(21 CZmbTa vMM ?? K SlVC 210 ?? 式中： PR —— 缸的液阻，2SbRP?。 構建動態(tài)結構圖時，先要清楚閉環(huán)控制回路是在液壓回路的那一部分，這里的控制回路是液壓缸中的位移傳感器檢測到的位移信號 ，與基準缸的位移控制信號相比較，從而做出相應的調整，發(fā)出合適的控制信號作用于調速閥，通過控制調速閥的開口大小來實現(xiàn)控制流進該液壓缸的流量，從而達到控制液壓缸的速度，進而實現(xiàn)多缸的同步控制。 上面所建立的液壓系統(tǒng)模塊圖是提供整個液壓系統(tǒng)的框架結構，從分析的角度，我選擇從極限位置考慮問題，這樣可 以使研究更加簡單。 在 MA