【正文】 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 3 從液壓產(chǎn)品的貿(mào)易情況可以看出，目前國內(nèi)市場對進(jìn)口的高端產(chǎn)品需求量仍保持著兩位數(shù)的增長速度；而中低端產(chǎn)品的出口則保持平穩(wěn)。除了 有定量泵保證單位時間內(nèi)泵入液壓缸的流量相同外，我們還在液壓缸活塞的末端上安裝一個位移傳感器，首先設(shè)置一個基準(zhǔn)缸，其他的液壓缸的動作都向基準(zhǔn)缸看起，通過 PLC 處理各個液壓缸的位移信號，若是觀察到某個液壓缸運動的過快（或過慢）時， PLC 就會發(fā)出相應(yīng)的處理信號來控制該液壓缸回路 上的電磁換向閥開口的張大（或縮?。瑥亩軠?zhǔn)確的控制液壓缸的位移運動。當(dāng)然方案二和方案四采用的是反饋方式，與那些 無反饋的方案相比較來說，一定程度上也會較復(fù)雜； 方案的經(jīng)濟行 對于經(jīng)濟性方面的考慮，很明顯，用的元器件越多越不經(jīng)濟，這樣我們就很容易看出方案一和方案二是最不經(jīng)濟的，因為它們重復(fù)使用相同的元器件，增加了成本。經(jīng)過查閱《中國汽車車型手冊》（中國汽車工業(yè)總公司、中國汽車技術(shù)研究中心編；山東科學(xué)技術(shù)出版社；1993 年 7月），選擇其中一款車型作為標(biāo)準(zhǔn)，其具體參數(shù)如下： （ 1）型號：北方奔馳重型自卸車 ND3312D35J； （ 2）部分詳細(xì)參數(shù)： 1額定載重 15970（ kg）（考慮車廂自重和方便計算，將 重量調(diào)為 17t）； 2貨箱尺寸 7200x2300x1100（ mm） 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 7 3舉升角 70176。）時，活塞端部與車廂底部的鉸接點， OC 是車廂的長度尺寸（ 7200mm）。其具體表達(dá)意義如下： C差動缸； 25最大工作壓力為 25Mpa； ZB中部擺軸式； N帶內(nèi)置式位移傳感器； 2內(nèi)置式位移傳感器編號； SSI內(nèi)置式位移傳感器輸出代號； 200缸徑（ mm）； 125桿徑（ mm）； 530行程（ mm）； G英制標(biāo)準(zhǔn)（圓柱管螺紋）； Ⅲ DIN 加強螺紋； （ mm） 其部分重要尺寸參數(shù)： 缸徑 D=200mm；桿徑 d=125mm； a20MPP ?使用 ； 最大許用推力 KNF ? 。 總之，正確合理地選擇液壓泵是非常重要的一個環(huán)節(jié)。本次主要是研究液壓缸的同步控制問題，即只需要考察上升過程中的同步問題即可。 當(dāng)然，如果所顯示的圖像能在規(guī)定的時間內(nèi)能夠得到抵消、補償，甚至相差的數(shù)值在可允許的范圍內(nèi)，我們同樣認(rèn)為這種 液壓與控制系統(tǒng)能夠保證液壓缸的同步運動。具體是，對于所研究的多個缸的同步問題，也可以單分析一個缸，就假設(shè)其中的某個缸與基準(zhǔn)缸相差最大距離時（在精度范圍內(nèi)， %），看能不能在規(guī)定的時間內(nèi)得到恢復(fù)，當(dāng)然這里的規(guī)定的時間就是指液壓缸進(jìn)行舉升過程中所需要的時間（ ），如果能夠恢復(fù)，即表明可以實現(xiàn)同步，反之即是不合格。 根據(jù)控制環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型來確定傳遞函數(shù)， 對于電液比例調(diào)速閥的傳遞函數(shù)確定的具體方式如下： （ 1） 比例電磁鐵線圈電壓方程 gUdtdiLRi ?? （ 1） 其中： gU —— 輸入電壓； i —— 線圈電流； R—— 線圈和放大器電阻； L—— 線圈電感 （ 2）比例電 磁鐵力平衡方程 vyifme xkikF ?? （ 2） 其中： ifk —— 電磁鐵的電流力增益； yk —— 電磁鐵的位移力增益； meF —— 電磁鐵 的輸出力； vx —— 電磁鐵的輸出位移。在這里，先求出處于反饋控制回路上的液壓元件的傳遞函數(shù)，在 MATLAB 環(huán)境中，構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真模型。 當(dāng)然這里只包括比例系數(shù)和微分時間常數(shù)，不包含積分時間常數(shù)。 首先，在 Simulink 中的液壓模塊中，繪出液壓系統(tǒng)模型圖，并且將相應(yīng)的模型圖中的液壓元件的參數(shù)修改為計算所得的參數(shù)，這樣就可以從整體上把握液壓系統(tǒng)的油路系統(tǒng)和控 制方案。 得 ?MT 。具體步驟是： 進(jìn)入 MATLAB 軟件界面，點擊進(jìn)入 Simulink 子界面；然后點擊左側(cè)的simHydraulics，并新建一個界面；顯示如圖 9所示； 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 18 圖 9 在相應(yīng)的模塊中選擇合適的模塊，用鼠標(biāo)拖到新建的界面上。為了研究液壓系統(tǒng)的可行性，需要對其進(jìn)行驗證。在本次課題研究中，主要涉及到電磁換向閥、壓力控制閥、調(diào)速閥。 5 液壓泵的選擇 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 11 液壓泵選擇概述 在進(jìn)行液壓缸的各項參數(shù)設(shè)計之后，就可以根據(jù)液壓缸無桿腔的壓強及其流量來選用合適的液壓泵元件。 如圖 7 所示，對沿 O 點的力矩計算： ||||21|| OCFOAOAq ???? 。 液壓缸鉸接位置點的優(yōu)化與型號的確定 傳統(tǒng)的確定自卸汽車液壓舉升機構(gòu)鉸支點位置的方法是根據(jù)整車的結(jié)構(gòu)參數(shù)先初定鉸支點的位置，再按此位置選擇合適的油缸，最后用作圖法求出各鉸接點的位置。進(jìn)行一項設(shè)計，我們首先最基 本的要滿足規(guī)定的任務(wù)要求，其次我們的研究要有章可循，那么在進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計之前我們應(yīng)該先確定一下與設(shè)計緊密相關(guān)的總體參數(shù)，便于為后續(xù)設(shè)計提供一個參照或是標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然回路上的電磁換向閥是控制三個缸的總流量及液壓缸的運動方向，回路上含有減壓閥的減壓回路是為了保證整個回路的安全運行。另外在各回路上加上減壓閥，來保證回路的安全。取得這樣的成績，一方面是基于國內(nèi)市場需求的迅猛增 長；另一方面是得益于國內(nèi)液壓產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能的快速提高，在國際市場中低端產(chǎn)品領(lǐng)域的競爭中取得了優(yōu)勢。 本課題研究的意義 基于某 公司出現(xiàn)的中大型工程自卸車的車廂自動翻斗卸貨系統(tǒng)不同步現(xiàn)象 ，通過指導(dǎo)老師介紹存在如下主要問題： 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)過于簡單，以至于都不能滿足于基本的補償功能； 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)只是單一的供油系統(tǒng)，無反饋系統(tǒng)； 該公司生產(chǎn)的自卸液壓油路系統(tǒng)控制的油缸不同步現(xiàn)象嚴(yán)重，遠(yuǎn)超出了規(guī)定的誤差范圍，有時載重量大的情況下，會造成車廂發(fā)生變形 ,甚至導(dǎo)致車廂體的斷裂。 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 課題名稱 自卸系統(tǒng)液壓多缸同步電液控制研究 課題來源 生產(chǎn)實際 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 T8134 學(xué) 號 20210130704 學(xué)生姓名 胡亮 指導(dǎo)教師 趙國華 完成日期 2021 年 5 月 23 日 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。 基于上述原因，對 液壓油缸的同步問題的研究已勢在必行。 2）形成了多種成分并存的產(chǎn)業(yè)架構(gòu) 經(jīng)過數(shù)輪的重組、改制、兼并以及境外資金的進(jìn)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。各個油路都是保持開環(huán)狀態(tài)。我們依舊是選擇其中一個缸為基準(zhǔn)缸，另外兩個缸都是根據(jù)基準(zhǔn)缸的運動調(diào)整自己的運動，當(dāng)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(jù)，通過與基準(zhǔn)缸上的數(shù)據(jù)比較，從而決定自己是快還是慢了，竟而輸出相應(yīng)的控制信 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 5 號來 調(diào)節(jié)相應(yīng)回路上的電磁比例調(diào)速閥開口的大小，達(dá)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。 課題要求的參數(shù) 根據(jù)本課題的需要，所涉及的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下： （ 1） 汽車的載重量一般在 10t 以上； （ 2） 已達(dá)到汽車的翻轉(zhuǎn)速度是 3m/min（ ）以上； （ 3） 液壓缸的同步精度應(yīng)達(dá)到 %以上。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(jié)構(gòu)的優(yōu)化，特別是最初開始舉升時，阻力最大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)油壓偏高，影響使用壽命；且能耗大，不經(jīng)濟。 （ 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(rèn)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。液壓泵的設(shè)計對保證整個液壓系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)起著重要的作用。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。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。在每個液壓模塊上都有相應(yīng)的接線口，將鼠標(biāo)指到接線口位置，按住鼠標(biāo)右鍵不放，移動鼠標(biāo)到另外一個液壓模塊的接線口位置，松開鼠標(biāo)，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)。 4 4 6 5 2 ????MM Ta 。 其次，確定一個可行的研究方案。其相關(guān)參數(shù)在液壓缸傳遞函數(shù)的求解中已經(jīng)求的。 再次，經(jīng)分析得出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 39 20000 ???? VF ZCT 所以因為負(fù)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(jīng)分析求解得在負(fù)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。 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(jié)構(gòu)，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。 用 MATLAB 進(jìn)行仿真的具體步驟如下：首先，先用 Simulink 中的液壓模塊畫好整個液壓系統(tǒng)圖，同時將系統(tǒng)圖中的液壓各部件的參數(shù)修改過來；其次，針對本課題的研究目的，我們可以利用最差的情況進(jìn)行分析，即當(dāng)兩缸在精度范圍內(nèi)相差最遠(yuǎn)的時候，看液壓缸能否在規(guī)定的時間內(nèi)恢復(fù)到與液壓缸同步；最后，求出相關(guān)液壓元件的書序模型的傳遞函數(shù)，并畫出數(shù)學(xué)模型圖，對其進(jìn)行仿真。 電磁換向閥的型號與參數(shù)的確定 換向閥是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，通過變換換向閥的位置來實現(xiàn)油路的通、斷或改變液 流的方向，從而實現(xiàn)液壓執(zhí)行元件的啟動、停止或運動方向的變換。液壓泵都是容積式的，即依靠泵內(nèi)密封容積的變化來實現(xiàn)吸油和壓油。 液壓缸各參數(shù)的確定 經(jīng)過迭代計算和 excel 優(yōu)化，其詳細(xì)步驟 見附錄 1，最終確定液壓缸的型號： C25ZBN2SSI 200/125 530GⅢ 。 幾何模型的建立和數(shù)學(xué)推導(dǎo) 如右圖 6所示， O點是貨車車廂后端與車架縱梁的鉸接點， A點是液壓缸與車架的鉸接點， B點是液壓缸活塞端部與車廂底部的鉸接點， B1點是 A 鉸接點對應(yīng)的在垂直方向上的與車廂底部的交點， B2點是車廂舉升到最大位置處（最大舉升角為 50176。 其它參數(shù)設(shè)定 首先，我們應(yīng)選擇一個現(xiàn)有車型作 為一個參考。單缸控制回路如右圖 4所示；三缸系統(tǒng)控制回路右圖 5所示； 圖 4 對于以上方案我們主要從以下幾個方面進(jìn)行對比分析： 方案的復(fù)雜性 方案一和方案二都是采用多油多缸的方式，從整體上面看方 案比較繁瑣，太過于重復(fù)性。 多油泵有反饋式多缸液壓同步系統(tǒng) 圖 1 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 4 該液壓系統(tǒng)依舊是每個定量泵控制一個液壓缸。如四川長江液壓件有限公司在北京華德液壓有限公司的積極協(xié)助下，順利完成 了北京奧運會主火炬臺和希望之塔的液壓系統(tǒng)配套任務(wù)。 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 湖 北 汽 車 工 業(yè) 學(xué) 院 畢 業(yè)（設(shè) 計） 論 文 2 社會需求永遠(yuǎn)是推動技術(shù)發(fā)展的動力，降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，機電一體化，高可靠性等是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標(biāo)，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。據(jù)某公司反映，當(dāng)自卸汽車的液壓系統(tǒng)存在嚴(yán)重的同步問題時，輕者會因受力不均衡出現(xiàn)明顯的車廂變形，重者會出現(xiàn)車