【正文】 在車廂底部的位置； （ 3）對于已經(jīng)確定車廂底部位置的液壓缸，計算出每個缸的實際受力大小，看所得到的受力情況是否符合液壓缸的規(guī)定的受力范圍。這里是運用幾何模型、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和 Excel 進行一系列優(yōu)化處理的方法，得出理想的鉸接點位置。在進行問題研究時，我們只知道上述已知量的情況下，我們可以在 OAB? 和 圖 6 2OAB? 中運用數(shù)學(xué)相關(guān)知識求的 A、 B點的位置。在 2AOB? 中： 2122222 ))50(2( ???????? A O BCO SOBOAOBOAAB (2) 因為 |AB|的長度不變，那么每個 A 點對應(yīng)著一個 B點， |||| 2 OBOB ? ,這樣我們就可以算出與之相對應(yīng)的 || 2AB 的長度。首先，設(shè)一個理想模型 ，假設(shè)貨車所拉的貨物在車廂上是均勻分布的，其分布密度為 q，液壓缸初始位置與車廂的角度是α，因為從理論上分析，液壓缸從靜止 圖 7 狀態(tài)開始舉升時，其阻力矩是最大的，以后是逐漸減小的，同時在舉升過程中如果逐步卸貨，其阻力矩減小的更快。若是大于，就說明不符合；若是小于，說明可以使用。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 10 根據(jù)行程優(yōu)化系列表格，選取優(yōu)化行程 s=530mm； mmSL 5401 ?? ； 液壓缸最短行程： 2 116 ???????? SLmm?？芍? 每個缸的負載 =工作負載 =F/3=。它是液壓系統(tǒng)的能源元件，能夠?qū)⒃瓌訖C的機械能轉(zhuǎn)換為油液的壓力能，向系統(tǒng)提供具有一定壓力的流量。選擇液壓泵時要考慮的因素有結(jié)構(gòu)型式、工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、效率（容積效率和總效率）、定量或變量、變量方式、壽命、原動機的種類、噪聲、壓力脈動率、自吸能力等，還要考慮與液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟性、維修性。 （ 5） 還有污染、節(jié)能、壽命、介質(zhì)、價格、安裝維修、外形尺寸及質(zhì)量方面的要求，在此可以不予考慮； （ 6） 各類型液壓泵的應(yīng)用范圍： 1）齒輪泵：機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械、航空、船舶、一般機械等； 2）葉片泵：機床、注塑機、液壓機、起重運輸機械、工程機械、飛機制造等； 3）螺柱泵：精密機床及精密機械、食品加工、石油紡織類機械等； 4）柱塞泵：工程機械、鍛壓機械、礦山機械、冶金機械、船舶、飛機制造等。 液壓泵型號的確定 查閱《液壓、氣動與液力工程手冊》（上冊），結(jié)合上面選擇的液壓泵所確定的流量和壓強，選取的液壓泵的具體參數(shù)如下表 3 所示： 系列 型號 排量 mL/r 壓力 MPa 轉(zhuǎn)速 r/min 額定 最高 額定 最高 1DP YBD4 4 10 1000 1500 容積效率 % 總效率 % 驅(qū)動功率 kw 質(zhì)量 kg 74 55 表 3 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 13 小結(jié) 結(jié)合上面所選液壓泵的各項參數(shù)，得 泵的流量（ L/min）： sLvnq v /100 ???? ? 液壓缸q ，合格 總之，所確定選用的 1DP系列 YBD4 型號雙作用葉片泵能夠保證整個液壓系統(tǒng)的正常工作。我們主要從調(diào)速閥方面考慮，從而實現(xiàn)多缸的同步運動。經(jīng)查閱相關(guān)資料，確定換向閥的型號和相關(guān)參數(shù)如下表 4 所示： 類別 型號 最大流量 L/min 無沖擊型 SDSG033C3D12CN 120 最高使用壓力 MPa T 口允許背壓 MPa 最高換向頻率 次 /min 質(zhì)量 kg 16 AC、 DC:240 R:120 AC DC、 R、RQ 5 表 4 其中 22 。具體的型號和參數(shù)見下表 6所示 : 名稱 型號 通徑 mm 額定流量 L/min 調(diào)速閥 QFB20C 20 106 最小穩(wěn)定流量 L/min 最高工作壓力 MPa 14 表 6 m i n/。31441 22????流量系數(shù)mmdA ? 小結(jié) 綜上所述，所選擇的閥類元件的型號如下： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 15 電磁換向閥： SDSG033C3D12CN； 電磁調(diào)速閥： QFB20C； 減壓閥： FHHT06B1 以上所選擇的閥類元件皆能保證液壓回路的正常運行。從成本、便利性等各方面考慮，可 以采用軟件進行仿真，此處用的 MATLAB 軟件。 對于貨車車廂被舉升過程中，可以將車廂和液壓缸看成是一個振動系統(tǒng)，當(dāng)然在這里只考慮液壓缸活塞桿和液壓油的振動變化，不考慮車廂在舉升過程中的振動。 45鋼靜態(tài)彈性模量： 196216GPa，確切的是 210GPa 左右。 在液壓缸所承受的壓強作用下，油液體積的變化量是： 3396 mPv ?? ????????? ? 液壓缸的直徑 mD ? ，其截面積是 22 0 31 mDA ?? ? 從而的豎直方向上的變化量為 mAv ???? 單個液壓缸所承受的力 kNF ? 得液壓油的彈性系數(shù) mNFk /106 5 ??? ? 載重模型系統(tǒng)的分析 經(jīng)分析可知，車廂及所裝載的貨物是儲存動能的元件、活塞桿和液壓油相當(dāng)于兩個串聯(lián)在一起的彈簧，然后有一個阻尼器，從而構(gòu)成了一個完整的振動模型，具體情況如下圖 8 所示： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 17 圖 8 上面求的 mNkmNk /106 5 ,/108 8 6271 ???? ，因為它們是串聯(lián)的，所以可合并成一個彈簧系數(shù)，得 mNkk kkk / 666672121 ????? ?????? 由阻力表達式 VCF ?? 得阻力常數(shù) )//(3747800/ smNsm kNVFC ??? 活塞行程 530mm，其運動速度是 ，所以可求的伸長的最長狀態(tài)下需要的時間： ssmmvst ???? 為了提高數(shù)據(jù)的準確性，現(xiàn)將 ?t 等分成 100 份，既得周期 T. 由 swtT 1 00 ??? ? ? 得 sradTw / ?? ? 相對應(yīng)的頻率 HzTf 43 11 ??? 以上是一個完整的載重系統(tǒng)的振動模型所得到的各項參數(shù)，是建立液壓系統(tǒng)模塊所不可或缺的。顯示 如圖 10 所示； 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 19 圖 10 對于已經(jīng)建立好的液壓模型，還要對液壓元件的參數(shù)進行修改，顯示如圖 11 所示； 圖 11 至此，就完成了液壓系統(tǒng)模塊的建立工作。在此之前，我們應(yīng)該先得到液壓系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 20 圖 12 圖中 w—— 表示預(yù)先給定的活塞位置輸入信號； sk —— 位置偏差敏感元件（比例元件）的增益； Rk —— 電放大器的增益； )(sfG —— 電液調(diào)速閥的傳遞函數(shù)； Qk —— 電液調(diào)速閥的流量增益； 2221 STSTa kMMMM ?? —— 液壓缸的傳函（詳細參數(shù)見下面部分分析）； )1( STk FF ? —— 液壓缸所承受的負載的傳遞函數(shù)； 該液壓系統(tǒng)要實現(xiàn)的同步精度在 %以上，速度 v=3m/min，所以有 smmmv /105m i n/103m i n/3% 53 ?? ??????? 單位時間（ 1s）內(nèi)的位移量 mtvs 5105 ???????? 液壓缸（帶負載的情況）傳遞函數(shù)的確定 查閱《液壓系統(tǒng)現(xiàn)代建模方法》可知 ，負載為 0?ZF 時液壓缸的主控傳遞函數(shù)為 12)( )( 22)( ???? sTasT KsQ svF MMM MsvQ 式中： )(svQF —— 輸出速度 )(sv 對輸入流量 )(sQ 的傳遞函數(shù)； MK —— 放大系數(shù)； Ma —— 阻尼比； MT —— 時間常數(shù)； C—— 綜合液容。 詳細的參數(shù)計算過程如下： 2222 ??????? DS ?截面積： ； 流量： smLQ / i n/ 33???? ；速度： smv /? ； 由公式： 2l?行程 ， 得， ????? 行程l 又因為油液的 彈性模量 Pak ?? ， 得：液阻 )( 222 ???? ?SbR P； 放大系數(shù)： )( 1)1( 1 2 ???????? ?PvM RZSk。 從而得，液壓缸的主控傳遞函數(shù)： )(2 ??? sssF vQ 同時有： 2 ???? ?SZk vF。 將式（ 1）、（ 2）、（ 3）進行拉氏變換，消去中間變量 i，并近似看成一階環(huán)節(jié)，即得出： LsRksU sx ifgv ??)( )( （ 4） （ 4） 電液比例調(diào)速閥流量方程 )()( sxksQ vq? （ 5） 其中： Q—— 通過流量傳感器的流量； vx —— 先導(dǎo)閥位移； qk —— 比例調(diào)速閥的流量增益。前面已經(jīng)提到過的，這里采用的是，只分析一條回路上的液壓系統(tǒng)，而且只考慮參與反饋調(diào)節(jié)的液壓元件，當(dāng)然在這里就是只有液壓缸、負載、調(diào)速閥，在上面已經(jīng)求的它們的傳遞函數(shù)，然后利用各自的傳遞函數(shù)來構(gòu)建液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，只要所組建的數(shù)學(xué)模型能夠在規(guī)定的時間 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 24 內(nèi)能在誤差范圍內(nèi)保證極限差距是在不斷縮小，而不是擴大即可。在每個回路均有示波器，用來顯示回路上參數(shù)的變化，并且通過分析示波器上所顯示的來看確認液壓缸是否向誤差減小的方向運動，若果在這種極限情況下，誤差可以越來越小，那么就說明這種設(shè)計可以采用；反之，則說明所采用的方案不合格，不予采納。這里選擇的是研究單個液壓缸的運行情況，看其在極限狀況下，能不能是誤差恢復(fù)。 8 仿真結(jié)果的分析 仿真結(jié)果分析概述 確定合適的液壓系統(tǒng)圖、選擇合適的液壓元件、建立 MATLAB 環(huán)境下的系統(tǒng)模型和數(shù)學(xué)模型，這些都是為最后的結(jié)果可行性打下堅實的 基礎(chǔ)。 仿真結(jié)果分析 （ 1）前面的“ constant”表示的是這回路上的液壓缸和基準缸相差的位移處于極限位置（即誤差的頂點處，相差最遠），后面的一系列所要做的就是消除這個誤差；示波器 z顯示的是最初誤差的波動圖像，顯示如下圖 14所示： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 26 圖 14 （ 2）示波器 q1 表示的是通過電液調(diào)速閥的油液的流量，這里是和調(diào)速閥的傳遞函數(shù)有關(guān)，其顯示如下圖 15 所示： 圖 15 （ 3）數(shù)學(xué)模型中的“ chirp signal”，這個波動圖表示的是負載的力大小的波動圖形。其相應(yīng)的控制傳遞函數(shù)是： )](11[)( sTsTksG Dip ????? 其中： pk —— 比例系數(shù) 。經(jīng)過 PID 控制器，示波器所采集的信號如下圖 17 所示： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 29 圖 17 （ 5）示波器 q表示的是來自調(diào)速閥和 PID 控制器兩路信號的疊加，其顯示的波形如下圖 18所示： 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 30 圖 18 （ 6）示波器 v收集的是通過液壓缸傳遞函數(shù)的信號，當(dāng)然這里 顯示的是輸出速度的時域響應(yīng)曲線，顯示如下圖