【正文】 。其次對液壓系統(tǒng)進行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，將液壓大系統(tǒng)簡化或抽象化，建立節(jié)點的拓?fù)浼s束方程和邊界約束方程。最后依次對系統(tǒng)的管路、過濾器、各種閥進行設(shè)計計算，獲得相關(guān)參數(shù)后即可確定各種液壓元件的材料，并根據(jù)市場的情況選用合適的液壓產(chǎn)品。在本系統(tǒng)中要求單向閥的通流能力滿足以上，那么可以采用上海液壓件廠的A型單向閥[20]，壓力范圍，公稱通徑為50mm，額定流量為。q—液壓泵的總額定流量(L/min)。本課題屬于高壓系統(tǒng)，應(yīng)選用強度好、耐高壓、變形小、抗腐蝕性的無縫鋼管。材料為聚氨酷AU92，最高工作壓力可達40MPa，溫度401O0。液壓缸的工作速度，也受密封件的限制。密封元件可以防止液壓缸的泄漏及外界塵埃和異物的侵入。根據(jù)同步原理可得下面方程組： （21）方程組21中都是相對速度而不是絕對速度，就是說是柱塞桿Ⅰ相對于柱塞Ⅱ的現(xiàn)對速度，是柱塞桿Ⅱ相對于柱塞桿Ⅲ的相對速度，是柱塞桿Ⅲ相對于缸筒Ⅳ的相對速度[14]。與普通多級伸縮缸的最大不同之處在于同步伸縮缸的各級柱塞桿的出桿速度是相等的。液壓缸能與各種傳動機構(gòu)相配合，完成復(fù)雜的機械運動，從而進一步擴大了它的運用范圍。電控單向閥由普通液控單向閥改裝而成,電磁閥失電時像普通單向閥一樣正向通流, 反向截流。1為電梯轎廂 2為支承液壓缸圖21 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡圖 液壓系統(tǒng)設(shè)計液壓電梯中用得最多的液壓系統(tǒng)是節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。第2章 液壓電梯的液壓系統(tǒng)設(shè)計隨著人們生活水平的不斷提高，電梯已經(jīng)廣泛運用于人們?nèi)粘Ｉ钪?，而液壓電梯則是電梯中的一個重要梯種，液壓電梯具有機房設(shè)置靈活、對井道結(jié)構(gòu)強度要求低、運行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點, 在國外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍, 我國對液壓電梯的研制、開發(fā)起步較晚, 雖已有一些單位開展研究、生產(chǎn), 但國產(chǎn)化程度不高, 主要依靠進口。本論文中采用拓?fù)湓斫⑾到y(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，即先根據(jù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)建立液壓系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，將系統(tǒng)分成若干個可以獨立的子系統(tǒng)，然后再分別建立每個子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，最后再根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合成整個大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為徹底解決國產(chǎn)化問題，并將液壓電梯迅速推向市場，必須優(yōu)化液壓系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)，使得電梯的運行性能達到國際水平的前提下，大幅度降低造價，以促進液壓電梯在國內(nèi)大規(guī)模的廣泛使用。 本論文的選題意義及研究內(nèi)容 本論文的選題意義由于液壓電梯具有機房設(shè)置靈活、對井道結(jié)構(gòu)強度要求低、運行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點, 在國外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。在相同主參數(shù)情況下，液壓傳動系統(tǒng)比曳引驅(qū)動系統(tǒng)的體積小、重量輕。 液壓電梯的優(yōu)點液壓電梯與其它驅(qū)動方式(如曳引電梯)的垂直運輸工具相比，具有以下優(yōu)點[12]:1）、機房設(shè)置靈活。載重可通過油缸直接作用在地基上，因此載重量大，而且井道不受力，降低了建筑費用。控制閥及油泵電機靠機房內(nèi)的控制柜來控制。液壓電梯是通過電力驅(qū)動的泵傳遞液壓油到油缸，柱塞(或者活塞)通過直接或間接的方式作用于轎廂，實現(xiàn)轎廂上行:通過載荷和轎廂重力的作用使油缸中的液壓油流回到油箱，實現(xiàn)轎廂下行[13]。目前，許多電梯廠家都已能生產(chǎn)各種液壓電梯，并正努力提高液壓電梯的國產(chǎn)化水平，產(chǎn)品性能和產(chǎn)品質(zhì)量都得到了進一步的提高[6]。液壓電梯的大規(guī)模使用比曳引式電梯晚，第二次世界大戰(zhàn)后期，高壓油傳動在武器制造業(yè)的應(yīng)用，使得液壓傳動和液壓控制技術(shù)得以發(fā)展。轎廂的下降一般靠自重使液壓缸內(nèi)的油液返回油箱中。液壓電梯是多層建筑中安全、舒適的垂直運輸工具，也是廠房、倉庫中最廉價的重型垂直運輸設(shè)備。雖然19世紀(jì)中葉倫敦金融城區(qū)內(nèi)的辦公樓就開始使用液壓電梯，但真正大規(guī)模推廣使用是從50年代末開始，60年代進入持續(xù)穩(wěn)定增長期，70年代液壓電梯進入迅猛發(fā)展階段，80年代液壓技術(shù)更加成熟，其市場占有率逐步增加[2]。液壓電梯不僅具有運行平穩(wěn)、舒適性好、故障率低、安裝靈活等特點，而且能達到整體協(xié)調(diào)、豪華和重載的要求，因此，液壓電梯首先可以用做商場、賓館、高級飯店、體育場、娛樂場等豪華建筑和古典建筑中的觀光電梯與重載電梯。液壓電梯的液壓傳動系統(tǒng)包括以下幾個主要部件:(a)、液壓泵站，即電機、油泵、油箱。液壓電梯的控制系統(tǒng)是一個速度控制系統(tǒng)。上述特點使得液壓電梯適合于中低層建筑(40m)、大載重 (1t)、舊屋改造等場合，如倉庫、停車場、機場等等，或者在古典建筑、舊房中增設(shè)電梯。液壓電梯靠油管傳遞動力，因此，機房位置可設(shè)置在離井道周圍20m的范圍內(nèi)，且機房面積僅45m，再也不需要用傳統(tǒng)方式將機房設(shè)置在井道上部，可使建筑結(jié)構(gòu)簡化。 液壓電梯的缺點由于輸入功率、控制及結(jié)構(gòu)等條件的限制，一般液壓電梯的升程有限(40m)，速度不高(lm/s以下)。由于我國對液壓電梯的研制、開發(fā)起步較晚, 雖已有一些單位開展研究、生產(chǎn), 但國產(chǎn)化程度不高, 主要依靠進口。本論文在對液壓電梯的具體工作情況做了詳細(xì)分析后，設(shè)計了一個較優(yōu)化的電梯液壓系統(tǒng)，然后根據(jù)轎廂的載重和計劃運行速度，對各個液壓元件進行了設(shè)計計算，最后結(jié)合實際情況對液壓系統(tǒng)進行了建模和仿真，得出系統(tǒng)運行的曲線。這種建模方法不僅降低了建模的復(fù)雜程度，節(jié)省了建模的時間，而且這種模型在出現(xiàn)問題時更利于改進。隨著今后人民生活水平的日益提高, 多層建筑也將安裝電梯, 而液壓電梯則是最適宜的機種。本液壓系統(tǒng)也采用節(jié)流調(diào)速系統(tǒng), 上行時為旁路節(jié)流調(diào)速, 下行時為回油節(jié)流調(diào)速[25], 液壓系統(tǒng)原理見圖22。而當(dāng)電磁閥得電后,可以實現(xiàn)反向通流。作為執(zhí)行元件，液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)，液壓缸性能的優(yōu)劣直接影響機械系統(tǒng)的工作性能。同步伸縮缸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖23，從各級缸筒結(jié)構(gòu)設(shè)計上保證：第三級活塞背腔環(huán)形作用面積與第二級活塞的前腔作用面積足夠近似相等即；并且溝通容腔和，即可實現(xiàn)同步運行[14]。簡圖如圖24，根據(jù)方程組21可推得如下方程： （22）化簡為： （23）由于各級的相對速度想等，即，所以得如下方程組： （24）即等于： （25）圖24 液壓缸缸筒簡圖獲得以上公式后，可以根據(jù)電梯工作情況的要求，按照上面的公式來計算同步液壓缸的具體尺寸，但是實際設(shè)計中由于密封件和鋼管材料規(guī)格的限制，和不可能取得計算數(shù)值，而制作符合計算數(shù)值精度的密封件具有一定難度且價格過高，所以只能根據(jù)現(xiàn)有密封件和缸筒材料，在滿足電梯液壓系統(tǒng)運行條件的情況下，選擇接近計算數(shù)值的尺寸。密封裝置的優(yōu)劣將直接影響液壓缸的工作性能。密封件的材料和系統(tǒng)采用的工作介質(zhì)要有相容性。 泵和電機的選擇 泵排量的計算排量為液壓泵主軸旋轉(zhuǎn)一周所排出的液體體積，又因為（其中為各級活塞桿的相對速度），那么可以知道。 管路內(nèi)徑的選擇管路內(nèi)徑應(yīng)與要求的通流相適應(yīng)，管徑太小則流速將增高，這不僅使壓力損失降低，而且可能產(chǎn)生振動和噪聲；管徑過大，則難于彎曲和安裝，而且將使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，所以必須合理選擇管徑。—經(jīng)驗系數(shù)。 電磁溢流閥電磁溢流閥由小規(guī)格電磁換向閥與溢流閥符合而形成，它具有溢流閥的全部作用且可通過電磁閥的通斷電來控制，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)的卸荷或多級壓力控制。第3章 電梯液壓系統(tǒng)模型的建立在完成液壓系統(tǒng)初步設(shè)計和液壓元件初步選擇之后，需要對液壓系統(tǒng)進行動態(tài)分析。然后根據(jù)液壓系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和系統(tǒng)節(jié)點特征將液壓元件子系統(tǒng)模型組合成液壓大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型?！壤髁块y，由減壓閥和節(jié)流閥組合而成，用于調(diào)速。電梯上行的時候，電機拖動液壓泵正常供油，調(diào)節(jié)比例流量閥進行旁路節(jié)流調(diào)速，來控制電梯啟動上行的速度，使得電梯轎廂進行勻加速運動，保證電梯運行平穩(wěn)?！鸵后w積彈性模量。建立液壓橋的模型可以分開看成兩個單向閥和一個比例流量閥組成的。在電梯下行過程中，電控單向閥得電后反向通流，相當(dāng)于一個通流的油管，所以此處可以不考慮液控單向閥的模型。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。（7）使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型 。在電梯上行的過程中，我們根據(jù)上一章建立的液壓系統(tǒng)模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，可以把整個系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：液壓泵、單向閥和調(diào)速閥組成供子油系統(tǒng)；液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)；三級同步液壓缸構(gòu)成運行系統(tǒng)，下面對三個子系統(tǒng)分別建立仿真模型，然后再組成系統(tǒng)的總體仿真模型，進行仿真，這樣具有很強的可觀性和內(nèi)部可移植性，給程序調(diào)試和設(shè)計帶來很大方便[28]。而液壓缸是三級同步液壓缸，故在研究液壓缸活塞運動時需要討論液壓缸的每一級柱塞的運動的速度、位移和壓力，才能更好的分析電梯液壓系統(tǒng)的運行效果并作出合理改進。圖412 各級液壓缸的位移曲線 電梯上行液壓缸各級缸筒壓力仿真曲線電梯的運動過程中，電梯載重是不斷變化的，在本系統(tǒng)的仿真過程中，我們在電梯的負(fù)載最大的情況下對電梯運行進行仿真，這樣可以更好的觀察電梯的運行效果，保證電梯的安全的運行。第5章 電梯液壓系統(tǒng)的PID控制隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志，而自動控制技術(shù)在許多工業(yè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，控制品質(zhì)的要求越來越高，簡單的控制理論有時無法解決復(fù)雜的控制問題，所以需要一種更加先進的控制方法來解決工業(yè)發(fā)展的瓶頸[31]。PID控制器就是根據(jù)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。 PID控制原理在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制，常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理圖如圖5l所示，由模擬PID控制器和被控對象組成[30]。離散化過程中，采樣周期T必須足夠短,才能保證有足夠的精度。為了克服這個缺點，可以采用積分分離手段，即在被控量開始跟蹤時，取消積分作用，而當(dāng)被控量接近新的給定值時才將積分作用投入。 PID控制器設(shè)計電梯液壓系統(tǒng)框圖如圖55所示，當(dāng)外負(fù)載變化或系統(tǒng)撓動引起的液壓缸的速度壓力發(fā)生變化時，傳感器將測得的信號經(jīng)過A/D，與給定的控制信號相比較，比較所得的偏差信號作為控制器的輸入，控制器的輸出作為控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，通過放大器后作用在輸入流量上，通過調(diào)節(jié)比例流量閥的通徑的大小，來改變系統(tǒng)輸入到液壓缸中的流量，使液壓缸能夠克服外負(fù)載的干擾，保持穩(wěn)定的速度和壓力。工程應(yīng)用時，考慮到高于閉環(huán)頻帶的信號分量對低頻分量的影響，為減少混疊現(xiàn)象，常應(yīng)根據(jù)式(510)選取： （510）式中：—系統(tǒng)閉環(huán)頻帶根據(jù)經(jīng)驗，系統(tǒng)閉環(huán)頻寬近似等于系統(tǒng)開環(huán)穿越頻率。越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但過大，在響應(yīng)過程的初期會產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過程的較大超調(diào)。 電梯液壓系統(tǒng)PID控制器仿真由前述內(nèi)容可知，電梯液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中，液壓泵的輸出的階躍變化的流量和比例流量閥的通徑變化是系統(tǒng)的輸入信號（可以看成是泵和比例流量閥組成的一個變化的流量輸入信號），系統(tǒng)的輸出量是三級同步液壓缸的各級缸筒的速度、位移和壓力。加入PID控制器前得到的系統(tǒng)仿真圖中可以看出，各級液壓缸缸筒的運動速度大致變化是合理的，但是也可以看出各級缸筒的啟動速度和穩(wěn)定后的速度的振動都比較大。電梯在加入PID控制器前，隨著液壓缸級數(shù)的減少，速度振動的幅度逐漸減小。結(jié)論與展望隨著今后人民生活水平的日益提高, 電梯將廣泛運用于多層建筑中, 由于液壓電梯具有機房設(shè)置靈活、對井道結(jié)構(gòu)強度要求低、運行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點, 在國外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍, 我國對液壓電梯的研制、開發(fā)起步較晚, 雖已有一些單位開展研究、生產(chǎn), 但國產(chǎn)化程度不高, 主要依靠進口。主要研究結(jié)果如下:本文設(shè)計了電梯的液壓系統(tǒng)各，采用雙缸支承電梯轎廂，這種方式在電梯運行時，兩個液壓缸同時對轎廂提供牽引力，這樣不僅節(jié)約了在電梯運行時液壓缸的行程，降低了液壓缸的制造成本和安裝空間，而且減少了電梯因為偏載摩擦而引起的導(dǎo)軌磨損，保證了電梯運行過程中的平穩(wěn)性和安全性。根據(jù)各級液壓缸對速度的傳遞，電梯轎廂獲得較平穩(wěn)的速度運行，下面分析電梯轎廂在兩種情況下的速度曲線，下圖中514是電梯轎廂在啟動過程中兩種情況速度曲線的對比，圖515是電梯轎廂穩(wěn)定后兩種情況曲線對比。下面我們仔細(xì)對比分析在加入PID控制器后速度變化。針對電梯液壓系統(tǒng)的特點，我們采用如圖57的所示的PID控制器，采用Simulink中的Switch模塊實現(xiàn)仿真過程中積分分離的目的。（3）微分作用系數(shù)的作用是改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，其作用主要是在響應(yīng)過程中抑止偏差向任何方向的變化，對偏差變化進行提前預(yù)報。在工程控制領(lǐng)域中，要求被控過程是穩(wěn)定的，對給定量的變換能迅速的、光滑的跟蹤，超調(diào)量小，在不同的干擾下系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值，控制的變量不易過大。當(dāng)誤差時，將積分項刪除，采用PD控制，當(dāng)誤差時，加入積分環(huán)節(jié)來消除系統(tǒng)的靜差。積分分離控制算法可表示為: （57）式中，—積分項的開關(guān)系數(shù) （58）積分分離控制的具體實現(xiàn)步驟:(1)根據(jù)系統(tǒng)實際情況設(shè)置分離用的閾值。圖52 位置式PID控制算法原理圖那么可以寫出位置式PID控制算法的程序框圖，如圖53圖