【正文】 然后再組成系統(tǒng)的總體仿真模型，進(jìn)行仿真，這樣具有很強(qiáng)的可觀性和內(nèi)部可移植性，給程序調(diào)試和設(shè)計(jì)帶來很大方便。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(jìn)。由于液壓電梯液壓系統(tǒng)具有長行程、變負(fù)載、變液容以及由于油溫變化引起變泄漏的特點(diǎn)，直接由其機(jī)理推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜。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，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(yùn)行時液壓缸的行程，降低了液壓缸的制造成本和安裝空間，而且保證了電梯運(yùn)行過程中的平穩(wěn)性和安全性。針對電梯在啟動和平穩(wěn)運(yùn)行過程中速度的振動較大的情況，本文中在液壓系統(tǒng)中加入了PID控制算法，從而有效降低了系統(tǒng)的誤差，減少了電梯運(yùn)行的速度振動，增強(qiáng)了電梯運(yùn)行的平穩(wěn)性和舒適性。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(jì)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(jì)劃運(yùn)行速度，對各個液壓元件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后結(jié)合實(shí)際情況對液壓系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，得出系統(tǒng)運(yùn)行的曲線。為適應(yīng)國內(nèi)這種形勢，最重要的是利用現(xiàn)有技術(shù)力量，投入必要的資金，開展液壓電梯的研發(fā)，選擇適用的控制策略，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)處理方法來對液壓系統(tǒng)進(jìn)行控制。對于這些大載重量電梯, 宜采用對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)。另外, 舊房改造對液壓電梯也將會有大量而迫切的需要。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(jìn)口。由于溫度的變化和泄漏等因素的影響，當(dāng)轎廂較長時間停在某層站時會下沉，因此必須采取措施防止轎廂下沉[12]。溫度及載荷變化對液壓電梯的起制動、加減速有一定的影響。因?yàn)橐簤弘娞莶辉O(shè)配重，在額定載重量、額定速度及提升高度相同的情況下，因?yàn)橐簤弘娞菖涮椎膭恿﹄娐啡萘勘纫芬娞荽蟆?液壓電梯的缺點(diǎn)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)。4）、結(jié)構(gòu)緊湊。一般液壓電梯不設(shè)置對重裝置，故可提高井道面積的利用率。因液壓電梯轎廂自重及載重等垂直負(fù)荷均通過液壓缸全部作用于地基上，對井道墻及頂部的建筑性能要求低。液壓電梯靠油管傳遞動力，因此，機(jī)房位置可設(shè)置在離井道周圍20m的范圍內(nèi)，且機(jī)房面積僅45m，再也不需要用傳統(tǒng)方式將機(jī)房設(shè)置在井道上部，可使建筑結(jié)構(gòu)簡化。人們常常將上浮感、下沉感、不穩(wěn)定感等統(tǒng)稱為不舒適感，產(chǎn)生這種不舒適感的主要原因是人對垂直運(yùn)動往往比較敏感，尤其是在電梯的加速或者減速段。2）、經(jīng)濟(jì)性液壓電梯結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，維護(hù)費(fèi)用低廉，是其保持強(qiáng)有力的市場競爭的根本。 液壓電梯的技術(shù)特點(diǎn) 液壓電梯的性能要求電梯工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，在電梯制造與安裝安全規(guī)范、電梯技術(shù)條件、電梯試驗(yàn)方法、電梯鋼絲繩、電梯轎廂、井道、轎廂等各方面都已形成各種嚴(yán)格的技術(shù)要求和安裝規(guī)范，己形成統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)[11]。上述特點(diǎn)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(jī)場等等，或者在古典建筑、舊房中增設(shè)電梯。液壓電梯與電動電梯相比，由于技術(shù)實(shí)現(xiàn)上完全不同，因此具有其本身的一些特點(diǎn)：液壓系統(tǒng)功率重量比大，而且傳送距離長，因此機(jī)房面積小且設(shè)置靈活；一般不帶配重，因此減小了井道尺寸。當(dāng)轎廂與所選層站水平時，電梯又捕捉到井道中的停止信號，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。接著油泵輸出的油液全部進(jìn)入油缸，轎廂以額定速度運(yùn)行。液壓電梯的控制系統(tǒng)是一個速度控制系統(tǒng)。轎廂的運(yùn)動是由電力驅(qū)動的泵使具有壓力的液壓油通過控制閥和管路從油箱流入液壓缸，或從液壓缸流回油箱來實(shí)現(xiàn)的。(c)、油缸，動力執(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)動機(jī)械能。油箱包括控溫元件、濾油器、消音器及油管等輔件，以保證液壓系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、持久的工作。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(jī)、油泵、油箱。 液壓電梯工作原理概述液壓電梯作為除電動電梯之外的另外一個電梯種類，其工作原理和曳引電梯有很大的不同。這些液壓電梯市場的啟動，將推動液壓電梯生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，成本進(jìn)一步降低。另外是一些特殊使用場合，如車用電梯、船用平臺等，由于液壓電梯具有功率重量比大、安裝靈活等特點(diǎn)，將會使液壓電梯壟斷這一領(lǐng)域[10]。液壓電梯不僅具有運(yùn)行平穩(wěn)、舒適性好、故障率低、安裝靈活等特點(diǎn)，而且能達(dá)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。近年來，我國液壓電梯的研究、開發(fā)和使用發(fā)展很快，國產(chǎn)液壓電梯新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，相繼投放市場。 國內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡況我國液壓電梯的研制開發(fā)工作始于1977年，在當(dāng)時的第一機(jī)械部起重機(jī)械研究所主持下，試制了兩臺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]。近年來，由于曳引電梯技術(shù)的進(jìn)步，對液壓電梯市場產(chǎn)生了強(qiáng)有力的沖擊，尤其是無機(jī)房曳引電梯的面世【芬蘭通力公司(KONE)的MONOSAPCETM和瑞士迅達(dá)公司(SCHINDELRMOBIELTM)、LMC公司的GENESIS方案、VESTNER公司的自支撐電梯方案、HRIO公司的無機(jī)房方案等】，使得液壓電梯在機(jī)房設(shè)置方面的優(yōu)勢不復(fù)存在[5]。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(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定增長期，70年代液壓電梯進(jìn)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]。但是早期的液壓電梯功能較簡單，主要用于運(yùn)送貨物。但由于水壓波動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。 國外液壓電梯的發(fā)展簡況世界上第一臺液壓電梯起源于19世紀(jì)。液壓電梯是多層建筑中安全、舒適的垂直運(yùn)輸工具，也是廠房、倉庫中最廉價(jià)的重型垂直運(yùn)輸設(shè)備。液壓電梯是由液壓傳動的電梯，通過液壓動力源(液壓泵)把液壓油壓入液壓缸，使柱塞向上運(yùn)動，直接或間接地作用在轎廂上，使轎廂上升。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 國外液壓電梯的發(fā)展簡況 1 國內(nèi)液壓電梯的發(fā)展簡況 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內(nèi)容 5 本論文的選題意義 5 本論文的研究內(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 同步伸縮缸的參數(shù)計(jì)算 11 缸蓋和活塞頭設(shè)計(jì) 15 柱塞缸和各級活塞缸的長度計(jì)算 18 液壓缸的密封 20 泵和電機(jī)的選擇 21 泵排量的計(jì)算 21 電機(jī)的選擇 21 液壓管路的設(shè)計(jì) 22 管路內(nèi)徑的選擇 22 管道壁厚計(jì)算 23 油箱設(shè)計(jì) 23 過濾器的設(shè)計(jì) 24 閥的選擇 24 單向閥的選擇 24 電磁溢流閥 24 節(jié)流閥 24 本章小結(jié) 25第3章 電梯液壓系統(tǒng)模型的建立 26 28 泵的數(shù)學(xué)模型 28 單向閥的數(shù)學(xué)模型 29 比例流量閥的數(shù)學(xué)模型 29 液壓橋的數(shù)學(xué)模型 31 液控單向閥的模型 32 液壓缸的數(shù)學(xué)模型 32 系統(tǒng)上行的模型 35 電梯下行的數(shù)學(xué)模型 36 本章小結(jié) 38第4章 電梯液壓系統(tǒng)的動態(tài)仿真 39 simulink簡介 39 40 供油子系統(tǒng)的仿真模型 41 液壓橋和液控單向閥組成調(diào)整子系統(tǒng)的仿真模型 41 三級同步液壓缸構(gòu)成運(yùn)行系統(tǒng)的仿真模型 42 電梯上行液壓系統(tǒng)的仿真 46 電梯上行液壓缸的速度曲線 47 電梯上行液壓缸的位移仿真曲線 49 電梯上行液壓缸各級缸筒壓力仿真曲線 49 本章小結(jié) 50第5章 電梯液壓系統(tǒng)的PID控制 51 PID控制原理 52 位置PID控制算法 53 數(shù)字PID控制算法的該進(jìn) 54 液壓電梯液壓系統(tǒng)的PID控制器的設(shè)計(jì)與仿真 56 PID控制器設(shè)計(jì) 56 采樣周期的確定 57 PID控制器參數(shù)整定 58 電梯液壓系統(tǒng)PID控制器仿真 58 本章小結(jié) 64結(jié)論與展望 65致 謝 67參考文獻(xiàn) 68第1章 緒論電梯的廣泛使用早已成為工業(yè)化社會的標(biāo)志之一，目前在發(fā)達(dá)國家里，電梯早已經(jīng)進(jìn)入了人們的日常生活。在商場、辦公樓、停車場等公共場所，以及公寓樓、私人住宅中電梯已經(jīng)成為人們必不可少的交通工具[7]。轎廂的下降一般靠自重使液壓缸內(nèi)的油液返回油箱中。近年來，液壓電梯以其獨(dú)特的優(yōu)勢，顯示出強(qiáng)大的生命力[8]。隨后在1876年巴黎萬國博覽會上展出了水壓間接式的液壓電梯，它利用公用水管極高的水壓推動液壓缸的柱塞頂升轎廂，下降時靠泄流[1]。由于當(dāng)時公共液壓站在造價(jià)和傳遞方面比蒸汽動力有明顯的優(yōu)越性，而且蒸汽動力電梯采用強(qiáng)制驅(qū)動方式，其卷筒的寬度限制了電梯行程的根數(shù)，所以從1870年到19世紀(jì)末逐步得到發(fā)展。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。近年來，國際市場上10層(高40M)以下的建筑中的電梯70%采用了液壓電梯[3]。但這并不意味著液壓電梯將被淘汰，高性價(jià)比使其還會繼續(xù)發(fā)展，在重載場合，它仍具有廣闊的市場。1984年浙江大學(xué)流體與控制研究所與天津電梯研究所合作，成功研制出兩臺采用流量反饋電液比例控制的液壓電梯，性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并于1985年通過了浙江省鑒定。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(jìn)一步的提高[6]。隨著人們居住條件的不斷改善，在一些舊房改建中需增設(shè)電梯的場合，不需頂層機(jī)房的液壓電梯將具有很大優(yōu)勢，特別是一些需要保證外觀及內(nèi)在建筑風(fēng)格的古典建筑中安裝電梯，液壓電梯更是由于安裝方便、性能良好及較低的故障率成為用戶的最佳的通常也是唯一的選擇。對于辦公樓、圖書館、醫(yī)院、實(shí)驗(yàn)樓、地下工程等建筑中使用的電梯，這類電梯雖然己有少量定貨，但還有待于進(jìn)一步開發(fā)。促使更多的資金投入研究，從而提高其性能，形成一種良性循環(huán)。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(shí)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(shí)現(xiàn)轎廂下行[13]。油泵是將電動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流動油液的壓力能。 (b)、控制閥，它是由多種閥組合而成的控制閥塊，控制液壓油的流向、速度及加減速度，從而使轎廂達(dá)到良好的運(yùn)行性能。(d)、牽引裝置，液壓缸的運(yùn)動，通過牽引裝置來牽引電梯轎廂的運(yùn)動?？刂崎y及油泵電機(jī)靠機(jī)房內(nèi)的控制柜來控制。其工作過程是這樣的:當(dāng)液壓電梯上行時，電機(jī)帶動油泵迫使一部分油液進(jìn)入油缸，推動柱塞以一定的加速度伸出油缸。當(dāng)轎廂接近所選層站時，液壓電梯捕捉到井道中的減速信號，通過控制系統(tǒng)進(jìn)入油缸的油液減少，使轎廂以平層速度運(yùn)行。為了使轎廂下行，電器操縱的下行閥打開，靠轎廂重力及載荷使油液通過控制閥以一定的流量流回油箱，柱塞縮回到油缸中，從而實(shí)現(xiàn)轎廂下行，其加減速度與上行時基本相同[22]。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(fèi)用。因此，盡管液壓電梯存在著提升高度低、速度低等局限性而受到曳引電梯的巨大挑戰(zhàn)，但上述優(yōu)勢使得液壓電梯依然在市場中占有可觀的份額，而且技術(shù)的進(jìn)步使其依然具有很好的發(fā)展前景。液壓電梯除了要滿足這些要求外，在電梯性能方面，也需要滿足以下幾項(xiàng)指標(biāo)：1）、安全可靠性、穩(wěn)定性液壓電梯作為一種載人的交通工具，安全性要求十分重要，電梯要求故障率小，應(yīng)急設(shè)施齊全，在任何正常工況(負(fù)載變化、油溫變化、電網(wǎng)擾動)下，均能按要求的運(yùn)行曲線反復(fù)保持可靠地運(yùn)行，不得有漏油現(xiàn)象。3）、舒適性特別對于乘客液壓電梯，其舒適性的好壞至關(guān)重要。 液壓電梯的優(yōu)點(diǎn)液壓電梯與其它驅(qū)動方式(如曳引電梯)的垂直運(yùn)輸工具相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)[12]:1）、機(jī)房設(shè)置靈活。2）、井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低。3）、井道利用率高。相同規(guī)格的液壓電梯要比曳引電梯的井道面積少12%。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。需要輸入的功率大。盡管液壓電梯電機(jī)只在上行時工作，但其能量消耗至少為同等曳引電梯的2倍左右。液壓電梯的動態(tài)速度模型隨著環(huán)境的變化會有所變化，增加了控制難度。 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(jī)房設(shè)置靈活、對井道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低、運(yùn)行平穩(wěn)、載重量大, 以及故障率低等優(yōu)點(diǎn), 在國外中、低層建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)普遍。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(jī)種。在一些特殊的使用場合, 如汽車梯、船用平臺等, 由于液壓電梯具有功率重量比大、設(shè)置安裝靈活的優(yōu)點(diǎn), 尤其適用。目前國內(nèi)對此類液壓電梯的研制還比較少，而且研究水平還處在一個較低的水平。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(jì)，設(shè)計(jì)合理的控制系統(tǒng)，使得電梯的運(yùn)行性能達(dá)到國際水平的前提下，大幅度降低造價(jià)，以促進(jìn)液壓電梯在國內(nèi)大規(guī)模的廣泛使用。這樣更直觀的模擬出了電梯在運(yùn)行過程中的速度、壓力和位移的曲線的變化。 本論文的研究內(nèi)容1）、電梯液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在以前的液壓電梯系統(tǒng)中，很多都采用單缸支承，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，這種支承方式偏載較大時會嚴(yán)重影響電梯的運(yùn)行平衡性, 加劇導(dǎo)軌的磨損。1為電梯轎廂 2為支承液壓缸圖11 液壓電梯結(jié)構(gòu)簡圖2）、電梯液壓系統(tǒng)的建模在完成液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算后，需要確立系統(tǒng)合