【正文】 m，缸蓋加壓圈厚度:102mm缸底和壓圈IV直徑:322mm，缸底壓圈厚度:136mm圖28 第四級(jí)活塞桿活塞桿IV長(zhǎng)度:1487mm，活塞桿IV直徑:260mm整體外形尺寸如圖29:高度(不包括越程):4457mm高度(包括越程):4757mm圖29 液壓缸整體外形尺寸 液壓缸的密封液壓缸依靠密封油液容積的變化傳遞動(dòng)力和速度，液壓油在系統(tǒng)及元件的容腔內(nèi)流動(dòng)或暫存時(shí)，由于壓力、間隙、粘度等因素的變化，而導(dǎo)致少量工作介質(zhì)越過容腔邊界，由高壓腔向低壓腔或外界流出，造成泄漏。密封材料的耐熱性能，影響液壓缸的工作溫度。切角，且雙唇是非對(duì)稱的，用于活塞桿的密封，其中一個(gè)密封唇用于支持活塞桿向上的密封作用并在其向下運(yùn)動(dòng)時(shí)除去保留在接觸空氣一側(cè)的灰塵污物。管路按材料不同可分為無縫鋼管、耐油橡膠軟管、純銅管、尼龍管等幾種。油箱容積經(jīng)驗(yàn)公式：V—油箱的容積(L)。 閥的選擇 單向閥的選擇普通單向閥在液壓系統(tǒng)中的作用是只允許液流沿著管道一個(gè)方向通過，另一個(gè)方向的流動(dòng)則被截止。確定液壓缸的流量后，可以根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量確定液壓泵的排量和液壓缸的各級(jí)功率，然后可以確定液壓泵的型號(hào)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率。要建立一個(gè)液壓大系統(tǒng)模型應(yīng)首先對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)液壓元件在系統(tǒng)中的功能和作用建立液壓元件(子系統(tǒng))模型，或采用現(xiàn)有的模型形式。根據(jù)分析我們可以得到這個(gè)液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下如圖31：圖31 電梯液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖中符號(hào)意義如下:—液壓泵；—手動(dòng)節(jié)流閥，可看成一個(gè)液阻元件。、—液壓缸邊界點(diǎn)，與外界機(jī)械聯(lián)結(jié)。—液壓泵的液導(dǎo)。定差減壓閥的模型如下：式中：—通過減壓閥的流量 —定差減壓閥的節(jié)流閥口流量系數(shù) —定差減壓閥通流面積，為減壓閥的通徑 —液體密度，此處取 、—減壓閥的進(jìn)出口壓力那么，可以得到模型：節(jié)流閥模型如下：式中：—通過節(jié)流閥的流量 —節(jié)流閥的液阻 —節(jié)流閥的液導(dǎo)，、—節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力節(jié)流閥模型為： 液壓橋的數(shù)學(xué)模型由于比例節(jié)流閥只能單向通流，所以需要和單向閥搭配組成液壓橋，這樣在電梯上行或者下行時(shí)，比例節(jié)流閥都能正常工作。 電梯下行的數(shù)學(xué)模型電梯下行是靠電梯轎廂里面得負(fù)載和轎廂的自重提供電梯下降的動(dòng)力。第4章 電梯液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真經(jīng)過對(duì)具體工況的分析，設(shè)計(jì)計(jì)算出了滿足運(yùn)行條件的電梯液壓系統(tǒng)，并且根據(jù)流量和壓力的關(guān)系建立了各個(gè)液壓元件的模型，建立完系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之后，要對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，即對(duì)系統(tǒng)各個(gè)工作階段進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，仿真過程中，使用的是Matlab中的simulink，通過用simulink來建立系統(tǒng)運(yùn)行的仿真模型，獲得系統(tǒng)運(yùn)行的速度和壓力的圖像，分析液壓系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性和可靠性。Simulink是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。（5）提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成 。根據(jù)實(shí)際電梯的運(yùn)行情況分析可知，電梯上行過程一般分為電梯啟動(dòng)的勻加速運(yùn)動(dòng)階段、電梯上行勻速運(yùn)動(dòng)階段、電梯停止的勻減速運(yùn)動(dòng)階段。這個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型如下：消去系統(tǒng)模型中的過渡部分，可以得其仿真模型框圖Subsystem4如圖42： 圖42 調(diào)整子系統(tǒng)的仿真框圖 三級(jí)同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)的仿真模型對(duì)于三級(jí)同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入為經(jīng)過調(diào)整子系統(tǒng)調(diào)整的液壓油，流量為，輸入壓力為調(diào)整子系統(tǒng)的輸出的壓力。在液壓電梯的運(yùn)行過程中，由于電梯的支承方式是雙缸同步支承，所以在考慮電梯運(yùn)行誤差的時(shí)候，需要把液壓缸的位移誤差放大一倍，這樣才能合理的改善電梯的運(yùn)行。得到各個(gè)系統(tǒng)仿真模型后，組成了整個(gè)液壓系統(tǒng)的仿真模型，然后對(duì)系統(tǒng)輸入了流量信號(hào)和調(diào)速信號(hào)，最后運(yùn)行便得到了各級(jí)液壓缸運(yùn)行的速度、位移和壓力曲線。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過有效的測(cè)量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用PID控制技術(shù)。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定[29]。由于計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量，因此式(52)的積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需要進(jìn)行離散化處理。在普通的PID控制器中引入積分環(huán)節(jié)的目的，主要是為了消除靜差、提高精度。根據(jù)積分分離式PID控制算法得到其程序框圖如圖54所示:圖54 積分分離式PID控制算法流程 液壓電梯液壓系統(tǒng)的PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真由第4章分析中可以看出，電梯在運(yùn)行過程中，雖然速度的總體運(yùn)行趨勢(shì)不變，但是速度的振動(dòng)較大，這使得電梯不能平穩(wěn)運(yùn)行。根據(jù)香農(nóng)(Shannon)采樣定理，信號(hào)采樣頻率，只需滿足式(59) （59）式中：—被采樣信號(hào)的最高頻率而對(duì)于一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，它的頻帶是有限的，當(dāng)被控對(duì)象輸出中某個(gè)分量的頻率高于系統(tǒng)閉環(huán)頻帶時(shí)，它的模值將被衰減，在整個(gè)輸出信號(hào)中所占比例很小。取值過小，則會(huì)降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而延長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。即使得到模型，也是近似的，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)很難說是最優(yōu)的。給定系統(tǒng)的輸入信號(hào)，并調(diào)整好PID控制器的參數(shù)，可以得到電梯上行液壓缸的各級(jí)缸筒的速度曲線如圖5壓力曲線如圖510和位移曲線如圖511。而在加入了PID控制器后，電梯的運(yùn)行曲線顯得平穩(wěn)，這樣大大減少了電梯轎廂的振動(dòng)，增大了電梯運(yùn)行的舒適性。本章將PID控制器加入到電梯液壓系統(tǒng)中，建立了其仿真模型，并設(shè)計(jì)了積分分離PID控制器，進(jìn)行了仿真研究，通過試湊法得到一組理想的比例、積分、微分值。建立起電梯液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型后，根據(jù)數(shù)學(xué)模型來建立系統(tǒng)的仿真模型，并采用Matlab中的Simulink來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，在對(duì)系統(tǒng)輸入了階躍的流量信號(hào)和一個(gè)調(diào)速信號(hào)后，得到系統(tǒng)輸出的速度、壓力和位移曲線。圖515 電梯轎廂穩(wěn)定速度曲線從圖中看出，加入PID控制器后，電梯轎廂運(yùn)行在穩(wěn)定速度情況下，總體振動(dòng)情況明顯減弱，轎廂速度更加平穩(wěn)。加入PID控制器后，缸筒速度啟動(dòng)時(shí)的曲線顯得平穩(wěn)，這樣增強(qiáng)了電梯啟動(dòng)的穩(wěn)定性。一般在工程上PID參數(shù)常常是通過試湊法來確定的。PID控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)可以用理論的方法，也可以通過試驗(yàn)試湊的方法。顯然，要同時(shí)滿足上述的要求很難，必須根據(jù)實(shí)際兼顧其它方面。從保持信號(hào)完整及控制系統(tǒng)隨動(dòng)的性能來看，要求采樣周期短些，這樣給定值及系統(tǒng)輸出反饋可以迅速通過采樣得到反映，而不致在隨動(dòng)控制中產(chǎn)生大的時(shí)延。(3)當(dāng)時(shí)，也即偏差值較小時(shí)，方引入積分作用來消除靜差，系統(tǒng)采用PID控制，這樣，可以使控制量不易進(jìn)入飽和區(qū)。一些原來在模擬PID控制器中無法實(shí)現(xiàn)的問題，在引入計(jì)算機(jī)以后，就可以得到解決，于是產(chǎn)生了一系列的改進(jìn)算法，以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。(3)微分環(huán)節(jié)反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。其次，PID參數(shù)較易整定。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。圖413 各級(jí)缸筒壓力曲線 本章小結(jié)本章根據(jù)上章建立的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)電梯液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。為此我們將在下一章討論改進(jìn)系統(tǒng)使速度運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。這個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型Subsystem數(shù)學(xué)模型如下:消去系統(tǒng)模型中的過渡部分，可以得其仿真模型框圖Subsystem3如圖41： 圖41 供油子系統(tǒng)的仿真框圖 液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)的仿真模型液壓油由供油子系統(tǒng)提供，依次流經(jīng)液壓橋的單向閥、比例節(jié)流閥、單向閥和液控單向閥[32]?？傮w來說，simulink有兩個(gè)明顯的功能:仿真和連接，即在Simulink環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。（3）以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理 。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。所以，可以得到電梯下行時(shí)候系統(tǒng)的總模型： 本章小結(jié)本章對(duì)己經(jīng)設(shè)計(jì)完成的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，該液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以分為液壓電梯上行階段和下行階段，本章中詳細(xì)分析了液壓電梯上行過程中的具體情況，并建立了其具體的數(shù)學(xué)模型。那么 、—液控單向閥的進(jìn)出口壓力那么，液控單向閥的模型可以寫成： 液壓缸的數(shù)學(xué)模型Ⅲ環(huán)節(jié)①?gòu)膹椥砸后w流量連續(xù)性方程，可以得到泵輸出流量到缸的壓力變化過程的動(dòng)態(tài)微分方程式:上式中的容腔包括兩個(gè)部分:一是基本固定不變的管路容腔容積。而比例流量閥是由定差減壓閥在負(fù)載變化時(shí)，對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行壓力補(bǔ)償，使節(jié)流閥前后壓力差在負(fù)載變化時(shí)保持不變[24]。 泵的數(shù)學(xué)模型用液壓泵的型號(hào)為GR608M 600，轉(zhuǎn)速為1500r/min，油泵的模型簡(jiǎn)圖如下圖31所示，設(shè)進(jìn)口油壓為，出油口的壓力，考慮到油液的泄露量和可壓縮性，可以建立如下的子模型[33]：其中：—液壓泵的實(shí)際流量。、—三級(jí)同步液壓缸。在利用拓?fù)浼夹g(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的建模時(shí)，可以更方便的對(duì)整個(gè)系統(tǒng)模型進(jìn)行分析和調(diào)整，減少了系統(tǒng)分析的時(shí)間，提高了工作效率。而建立一個(gè)較精確的描述液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的數(shù)學(xué)模型又是仿真的前提和關(guān)鍵，是為了提高動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確程度。 本章小結(jié)本章主要對(duì)液壓電梯的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，先根據(jù)實(shí)際的情況確定電梯的背景和工作情況，然后根據(jù)具體要求確定其液壓系統(tǒng)原理圖。本系統(tǒng)中取4min，其中,那么 取 過濾器的設(shè)計(jì)該液壓系統(tǒng)在回油路上設(shè)置過濾器，在系統(tǒng)油液流回油箱之前，過濾器將外界侵入系統(tǒng)的和系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的污染物濾除，為系統(tǒng)提供清潔的油液。油箱體積小時(shí)，占用空間少，成本降低，但散熱條件不足。通過以上計(jì)算液壓泵站需要使用40kw電動(dòng)機(jī)，GR608M 600液壓泵，流量集成閥。其最高工作壓力為4OMPa，溫度30100。密封效果決定了液壓缸的容積效率。表22 選定參數(shù)85125170150230所以可以綜合列出液壓缸設(shè)計(jì)的綜合參數(shù)如下表：表23 基本參數(shù)表名稱（參數(shù)）值同步缸級(jí)數(shù)3活塞桿直徑（mm）85125170包括轎廂總負(fù)載（Kg）：Q3000行程（m）：L12轎廂速度（m/s）：v電梯支承方式：直頂式要使三級(jí)活塞上下運(yùn)動(dòng)的速度基本相同，行程也相同，這要求第三級(jí)活塞環(huán)形面積等于第二級(jí)活塞下腔面積，以此類推，根據(jù)這個(gè)原理來計(jì)算液壓缸的相關(guān)尺寸。這樣系統(tǒng)壓力大于而小于時(shí)，就開始補(bǔ)油。液壓電梯的液壓缸需要安裝空間不大但伸縮長(zhǎng)度較長(zhǎng)，所以選擇伸縮液壓缸。 液壓缸的設(shè)計(jì)在機(jī)械制造行業(yè)中，液壓傳動(dòng)已成為必不可少的一門技術(shù)而普遍地應(yīng)用于各種機(jī)械、機(jī)床和設(shè)備中，發(fā)揮著獨(dú)特地、極為重要地作用。電梯下行是靠轎廂及載荷的自重作用實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)實(shí)際情況和參照相關(guān)電梯承載的參數(shù)，我設(shè)定液壓電梯的總負(fù)載（包括電梯本身自重）為3000Kg，電梯行程為12m，由于重載液壓電梯的轎廂尺寸一般較大, 綜合結(jié)構(gòu)剛度較差, 若采用單缸承重, 偏載較大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性, 加劇導(dǎo)軌的磨損, 因此宜采用雙缸支承[23]。4）、電梯液壓系統(tǒng)的PID控制在對(duì)電梯液壓系統(tǒng)進(jìn)行了仿真后，得到了液壓缸運(yùn)行的速度、壓力和位移曲線，分析各級(jí)缸筒的曲線，可以看出液壓缸的缸筒的各級(jí)速度曲線總體運(yùn)行都符合設(shè)計(jì)要求，但是缸筒速度的振動(dòng)較大，這使得電梯不能穩(wěn)定的運(yùn)行。本論文中采用雙缸支承電梯轎廂如圖11，這種方式在電梯運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)液壓缸同時(shí)對(duì)轎廂提供牽引力，這樣不僅節(jié)約了在電梯運(yùn)行時(shí)液壓缸的行程，降低了液壓缸的制造成本和安裝空間，而且保證了電梯運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和安全性。對(duì)于這些大載重量電梯, 宜采用對(duì)稱布置的雙缸直頂支承方式, 可使轎廂處于相當(dāng)平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。溫度及載荷變化對(duì)液壓電梯的起制動(dòng)、加減速有一定的影響。一般液壓電梯不設(shè)置對(duì)重裝置，故可提高井道面積的利用率。2）、經(jīng)濟(jì)性液壓電梯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，維護(hù)費(fèi)用低廉，是其保持強(qiáng)有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的根本。當(dāng)轎廂與所選層站水平時(shí)，電梯又捕捉到井道中的停止信號(hào)，控制系統(tǒng)關(guān)閉所有的上行閥，隨后油泵電機(jī)停止工作，電梯停在所選層站，同時(shí)液壓控制系統(tǒng)中的單向閥阻止油液流回油箱，轎廂保持靜止。(c)、油缸，動(dòng)力執(zhí)行元件，將油液的壓力能轉(zhuǎn)換為與其直接聯(lián)接的轎廂運(yùn)動(dòng)機(jī)械能。這些液壓電梯市場(chǎng)的啟動(dòng)，將推動(dòng)液壓電梯生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，成本進(jìn)一步降低。 國(guó)內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況我國(guó)液壓電梯的研制開發(fā)工作始于1977年，在當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械部起重機(jī)械研究所主持下，試制了兩臺(tái)采用通用液壓元件的液壓電梯，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，一些技術(shù)指標(biāo)未能達(dá)到預(yù)期的性能要求[9]。但由于水壓波動(dòng)及生銹問題難以解決，不久就出現(xiàn)了油壓直接式的液壓電梯。西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第71頁基于MATLAB的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 1 國(guó)外液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況 1 國(guó)內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡(jiǎn)況 2 液壓電梯工作原理概述 2 液壓電梯的技術(shù)特點(diǎn) 4 液壓電梯的性能要求 4 液壓電梯的優(yōu)點(diǎn) 4 液壓電梯的缺點(diǎn) 5 本論文的選題意義及研究?jī)?nèi)容 5 本論文的選題意義 5 本論文的研究?jī)?nèi)容 6第2章 液壓電梯的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 8 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 液壓缸的設(shè)計(jì) 10 同步伸縮液壓缸的工作原理 10 同步伸