閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)有兩種基本形式:閥控和泵控。閥控響應(yīng)快但效率低,適用于對快速性要求較高的中小功率場合;泵控效率高但響應(yīng)慢,適用于大功率和對快速性要求不高的場合。近年來,閥-泵聯(lián)合控制得到了迅速發(fā)展,其充分發(fā)揮了閥控與泵控各自的優(yōu)勢。論文提出了一種嶄新的閥-泵并聯(lián)控制系統(tǒng),即閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng),在調(diào)速過程中控制模式隨控制要求而變,可實現(xiàn)大功率液壓調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能,即低速平穩(wěn)快速啟停、快速調(diào)節(jié)負(fù)載干擾、全程高效率。
　　

2、論文的主要工作和研究成果如下:
　　(1)總結(jié)和分析了國內(nèi)外目前閥-泵聯(lián)合控制系統(tǒng)的工作原理和特點,并指出目前的閥-泵聯(lián)合控制方式難以實現(xiàn)上述綜合性能。
　　(2)設(shè)計了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng),其關(guān)鍵點有兩點,一是閥可以根據(jù)控制要求處于補油或泄油兩種狀態(tài),以使系統(tǒng)處于補油或泄油式閥-泵并聯(lián)兩種控制模式,二是可以通過改變Kvp,調(diào)節(jié)閥控與泵控在速度控制中的比重;建立了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,分析了系統(tǒng)的參數(shù),并指

3、出傳統(tǒng)的泵控系統(tǒng)加入閥控后,液壓固有頻率不變,但總泄漏系數(shù)明顯增大,導(dǎo)致系統(tǒng)阻尼比顯著增大且隨閥的工作點(閥開口及系統(tǒng)壓力)而變化,同時導(dǎo)致系統(tǒng)剛度下降,易受負(fù)載干擾。
　　(3)設(shè)計了開式以及閉式閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),建立了補油式和泄油式閥-泵并聯(lián)控制閉式系統(tǒng)的流量平衡方程,分析了各流量之間的關(guān)系,指出在閉式閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)中,補油回路及沖洗回路是必需的,不能因有閥控補油就取消補油回路,同時沖洗回路除了有熱交換

4、的作用還有平衡系統(tǒng)流量的作用。建立了液壓模擬系統(tǒng)與實際系統(tǒng)之間參數(shù)匹配的理論基礎(chǔ),指出為模擬實際系統(tǒng)的動態(tài)特性,應(yīng)分別按照泵排量、馬達(dá)排量、轉(zhuǎn)動慣量三個參數(shù)來配置模擬系統(tǒng),本實驗系統(tǒng)是以煤礦液壓提升機這種大功率大慣量液壓系統(tǒng)為例而建立的模擬系統(tǒng)。
　　(4)提出了閥控權(quán)重Kv和泵控權(quán)重Kp的概念,并依據(jù)不同的Kv和Kp,建立了傳統(tǒng)泵控、閥控與閥-泵并聯(lián)控制之間的聯(lián)系;為了判別閥與泵在聯(lián)合調(diào)速中的作用,建立了閥-泵權(quán)重比的概念,即K

5、vp=Kv:Kp,并通過該權(quán)重比以及閥控狀態(tài),判別系統(tǒng)處于何種控制模式。
　　(5)提出了補油式和泄油式閥-泵并聯(lián)兩種控制模式,研究了不同權(quán)重比對控制特性的影響,并獲得了閥-泵并聯(lián)控制的規(guī)律:在不同的權(quán)重比(Kvp=1:0~0:1)下,系統(tǒng)響應(yīng)速度呈金字塔形,兩頭慢(閥控和泵控),中間快(閥-泵并聯(lián)控制),因此無論對于指令信號,還是負(fù)載干擾的快速響應(yīng),閥-泵并聯(lián)控制比單獨泵控或閥控響應(yīng)都快;因閥控的開環(huán)增益大于泵控,對于相同的權(quán)重

6、之和(Kv+Kp),以閥控為主的系統(tǒng)響應(yīng)快于以泵控為主;閥與泵的流量之比與閥-泵權(quán)重比成正比;補油式比泄油式閥-泵并聯(lián)控制更具優(yōu)勢,因為前者使系統(tǒng)的阻尼比更穩(wěn)定,這有利于系統(tǒng)的預(yù)測與控制,并且還可通過提高Ps,進(jìn)一步提高響應(yīng)速度和增大速度剛度,更適用于對負(fù)載干擾的快速調(diào)節(jié),仿真與實驗結(jié)果表明,此處取Kvp=1:0.2較合適。
　　(6)研究了不同控制模式下大慣量系統(tǒng)的低速特性。泄油式閥控或泄油式并聯(lián)閥控通過增加可控的泄漏,增大系統(tǒng)

7、的阻尼比,以增強低速平穩(wěn)性,而且由閥控泄漏引起的阻尼比的增加,可補償因摩擦負(fù)斜率(Stribeck效應(yīng))引起的阻尼比的下降,進(jìn)一步增強了系統(tǒng)的低速穩(wěn)定性。閥初始電壓對提高低速特性至關(guān)重要,建立了閥初始電壓的理論公式,并研究了不同油溫,不同開口對系統(tǒng)低速特性的影響,獲得了泄油式閥控在啟停低速階段的控制規(guī)律,同時實驗表明,只要閥初始電壓設(shè)置在理論值附近,均能獲得滿意的低速特性,這使泄油式閥控具有操作性和實用性,且此處取Kvp=1:0.1較合

8、適。
　　(7)建立了閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)的AMEsim仿真模型以及基于虛擬儀器技術(shù)的實驗系統(tǒng),研究了一個調(diào)速周期內(nèi)的閥-泵并聯(lián)變結(jié)構(gòu)調(diào)速特性。仿真與實驗結(jié)果表明,在調(diào)速過程中,不同控制模式之間切換平滑連續(xù),閥和泵的工作狀態(tài)符合預(yù)期;通過改變不同調(diào)速階段的控制模式,實現(xiàn)了大功率液壓馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)的綜合性能,即在低速段采用泄油式并聯(lián)閥控,實現(xiàn)了大慣量的平穩(wěn)快速啟停,在高速段采用補油式并聯(lián)閥控,實現(xiàn)了對負(fù)載干擾的快速調(diào)節(jié),在加速和減