挖掘机液压控制系统分析并用simulink仿真（含CAD图纸）
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摘 要回转系统是液压挖掘机液压系统的重要子系统中的一部分，对于小型液压挖掘机，由于其质量和负载质量的提高，回转系统具有大惯性负载系统、回转系统启动和制动特性等特点，提高了复合作用和回转臂的协调性差。所以它的性能的好与不好将直接影响着挖掘机的机能。为全面的挖掘机回转系统液压挖掘机的目的，从回转系统启动特性的理论分析，在回转制动溢流系统，机器在三个方面提升复合动作手臂的协调。回转系统仿真与改进系统。结果表明，改进后的系统具有较好的回转缓冲效果。缓冲效果有利于提高所有液压系统的可靠性。总结了液压挖掘机回转平台的一般运动规律，建立非全周开口的阀控回转马达的图与传递函数;对液压回路的理论分析表明，臂架转动与吊臂的差异是回转的原因回路和动臂回路之间存在着耦合关系。 利用液压仿真软件Simulink建立仿真模型，把仿真结果与改进系统进行对比，考证仿真模型的正确性。对回转系统的平衡阀，溢流阀，液压马达，液压油泵进行模拟建模仿真。由输出仿真曲线分析得出:优化设计前后的回路的液压系统影响规律，是否得到了比较好的回转系统缓冲结果。效果好的同时对于提升全部回转液压系统可靠性的特性。关键词:液压挖掘机；回转系统；平稳性；simulinkIABSTRACT The rotary system is an important part of system of excavator hydraulic system of hydraulic excavator for small, due to its quality and improve the quality of load, rotating systems with large inertia load system, rotary system starting and braking characteristics, improve the coordination compound and rotary arm difference. So its performance good or bad will directly affect the function of the excavator hydraulic excavator system. For the purpose of comprehensive analysis of the excavator, from the starting characteristics of rotary system theory in slewing brake overflow system, machine coordination in three aspects to enhance the composite movement of the arm. The simulation and improvement of the system of rotary system. The results show that the system improved after having rotary good cushioning effect. The buffering effect is beneficial to improve the reliability of hydraulic system. Summarizes the general regularity of slewing platform of hydraulic excavator, a non-circular opening of the valve control of rotary motor diagram and the transfer function of the hydraulic circuit; the theoretical analysis shows that the differences between the arm rotation and the boom is a coupling relationship between the rotary reason and boom loop circuit. To establish the simulation model using Simulink hydraulic simulation software. The simulation results were compared with the improvement of the system, verify the simulation model. The system of the rotary balance valve, relief valve, hydraulic motor, hydraulic pump simulation modeling and simulation. The simulation curve obtained by the output: influence of hydraulic system optimization design before and after the loop. Whether the rotary buffer relatively good results. At the same time to enhance the effect of all characteristics of slewing hydraulic system reliability.Key words: hydraulic excavator, rotary system, stability, simulinkII目 录1 绪论11.1 挖掘机简介11.2 液压系统简介21.3 液压挖掘机回转系统的概述21.3.1 回转系统的工作原理31.3.2 回转系统的典型操作条件31.3.3 回转系统平稳性41.4 本论文研究内容42 回转液压系统分析52.1 回转系统液压挖掘机的技术现状62.2 液压系统原理图72.3 挖掘机液压系统分析72.3.1 回转液压回路分析73 挖掘机中的液压回转系统的特性93.1 挖掘机液压回转一般运动规律93.2 阀控回转马达特性分析103.3 回转与动臂液压系统特性124 回转液压系统控制的仿真144.1 液压系统仿真模块建立144.1.1 液压油泵模块154.1.2 液压马达模块164.1.3 溢流阀模块164.1.4 平衡阀模块174.2 回转液压系统仿真模型建立184.3 仿真图得出的结论22结论23参考文献24致谢25III1 绪论1.1 挖掘机简介 挖掘机主要用于城市，狭窄的土地，而不是人力和劳动力。主要工作是挖掘、装载基础设施、吊装，用于城市的管道道路、工程、住宅建筑、和景观施工等。小型挖掘机具有体积小，灵活的优势，往往一机可参与各种设备的工作，除了铲铲，还配备了起重机、抓斗、铲斗、平坡、耙、冲击铲、容器叉架、拖航，满足各种工程需要。同时，研制开发了专业化的挖掘机，如压力很低、声音很小、水陆两栖的挖掘机械等。总之，它是一种有着很多用途的万能城市建造机器。由于机器的特性非常接近人们，因此,除了设计要求的耐用性,可靠性和效率,还需要考虑人与机器、环境之间的和谐，并特别注意以下几点 李启兵.小型液压挖掘机新技术讲座Z.2006.： 1安全碰撞，不与周围的机械运行过程中抗倾覆稳定性。 2低污染即工作要求，低振动，低噪音，声音更悦耳。3和周围的环境可以调和，形象应该是美丽的，形式和颜色不造成人们感到不高兴，有一种亲和力。 4尽可能扩大其使用功能，可以安装各种辅助设备，应成为城市的通用工程机械。5操作简单，任何人都可以学习。 挖掘机具有多项功能，而且还具有便捷的交通优势，能耗低、灵活性、适应性等优点，非常适合于施工现场和工作环境狭小的地方，工作环境小、价钱不高，重量轻，维修方便等，如小型土方工程、市政工程、道路养护、混凝土破碎、电缆敷设、管道敷设、水上花园栽培在工程中被广泛应用。由于基础开采、准备、装载、吊装等功能，必须考虑到工作空间小、地形复杂、操作方便、可控，对挖掘机的市场性能要求如下 王谦.小型挖掘机大市场.建筑机械化Z.2007(12):1-2.：1改进挖掘机可控性和控制精度和复合作用。2简化液压工作系统，减少资金消耗，能实现大批量工作和低油耗动态的平衡。3改进工作可靠性。 4提高驾驶舒适度，能够极大地降低劳动的强度，提高单位生产率。5改进操作安全性。6振动的幅度比较低、声音比较小，适用于人们生活的地方挖掘。同时，挖掘机的设计原则是保证设备能在狭窄、复杂的区域高效施工。由于使用环境的特殊要求，它必须具有起重机的优良操作特性和运行特性，这与大中型挖掘机不同。中国小型挖掘机市场（低于13吨机重量）在中国挖掘机行业在过去的十年中，关键配套液压件和国内其它先天性缺陷，导致大型挖掘机市场在韩国和美国,美国和欧洲等外国公司瓜分超过90%的份额。经过十年的努力,国内企业重拾近27%的份额,特别是大型和小型液压挖掘机,近两年来一直是重大升级。中国的小型挖掘机市场似乎已经看到了中国的曙光，是恢复和扩大国内小挖市场。小的国内制造企业正在削减很少超过60%，这不能不说这是行业的大发展，有很多年销售额超过千台的企业 张启君.小型挖掘机市场与发展现状J.建筑机械化,2006(01):5-6.。1.2 液压系统简介 液压系统是负载与发动机之间的中间环节，由于机器一直在做分合的运动，而且液压泵的流量十分有限制，分合动作的时候，运动的流量的要求液压泵的流量不足以满足同时的动作。因此，现代液压挖掘机液压系统必须首先要解决系统的流量分给的问题，同时要求节能能源，降低能耗。 液压小型挖掘机的液压系统中由动力元件（油压的泵、执行的器件）（液压马达、液压缸）、控制元件（多路阀）和辅助设备（冷却器、过滤器油）按照一定的方法结合起来，对发动机的机械能，以油为介质的功率元件为液压能，然后分为机械能实施后，各类运动的实现。因为液压系统的职能是传达和分派能源来把控机器，它是液压挖掘机的重要部件。80年的早期时候，挖掘机开始结合机电的一体化技术，机电一体化是考虑燃料的缓解和提升液压挖掘机和消耗，工作效率因此提高第一，开始改为变量泵定量泵，近80年来，液压系统已经形成了比较成熟的阶段，这一时期的主要目的是提高液压传动的节能、工作效率，在外国的时候,80年之前液压挖掘机主要应用的都是定量泵 张栋.基于功率匹配的挖掘机节能控制技术的研究D.吉林:吉林大学,2005(4):2-3.。液压传动不仅关系到液压元件的能量损失和控制方式,还关系到系统的类别。能量损失有时是由系统本身元素的损失引起的器件固有的。通过阐明液压系统的类型和特点，充分认识和了解节能技术的发展历程和趋势。控制变量位移 Allen Myers. Controlling Variable Displacement Hydraulic Pumps for Energyonservation. SAE 750807。根据油循环情况，可分为分开式的和闭式的系统。由于封闭系统的缺点，其关键是每一个负载必须由单一的泵源驱动,不能满足多负载同时动作的要求。与此相反,开放式系统被广泛使用,因为它可以满足多负载驱动的要求。在开放式系统的基础上,液压系统有多种形式和分类,可以从不同的角度进行分类。也可以从不同的角度进行区分。该系统可分为定量系统和变量系统，可与系统中心液压泵的流量分离。目前，它在国内外得到了广泛的应用。下面具体分析和比较这两个系统的特点。1.3 液压挖掘机回转系统的概述 小型液压挖掘机的构造是由回转结构、行走结构、工作结构三大部分主要构成的。其中，工作结构包括活动臂、斗杆和斗。液压挖掘机器的驾驶屋、油箱和工作结构等构造均凝聚在回转的工作台上面。1.3.1 回转系统的工作原理 液压挖掘机回转系统由回转液压系统和回转结构装置组成回转液压系统一般回转阀控马达系统 黄宗益;叶伟;李兴华.液压挖掘机液压系统概述J.建筑机械化,2003,1(1):12-16.。液压挖掘机的驾驶室、工作结构和油箱与回转平台一起旋转。图1-1是液压系统回转的工作原理。图l-1 回转的系统工作示意图回转打开时，换向阀打开。液压系统驱动高压油把电机通过行星齿轮减速电机将电机的转速和转矩的回转支座约束，外环的摩擦力矩、阻力和回转平台的其他性能加速，使转台回转到一个很好的位置，当回转制动时，回转阀关闭，液压系统输出制动力矩电机的转速，进而控制回转平台的减速和制动。 1.3.2 回转系统的典型操作条件 挖掘机的液压系统工作过程中由以下几种主要的间歇运动构成：转盘转动和吊臂升降,斗杆外折，桶外拉，整机运转，其它辅助动作中，挖掘机需要常做复合动作 叶鹏飞.小型液压挖掘机节流控制系统建模与仿真研究D.长沙:中南大学,2009.。图1-2是挖掘机作业循环的范例。图1-2 液压挖掘机的工作循环由图1一2可知，挖掘机的工作循环包括铲斗斗杆反复动作、全提吊桶，斗卸斗，倒吊桶空。其中，回转系统加入的工作条件包括：全桶提升回转和空桶返回。全斗开式回转工作状态主要是指挖掘工作条件完成后，液压挖掘机臂液压缸将移动臂同时，回转液压马达将转向平台翻转到卸料位置。此时，主旋转和复合运动的手臂，空桶返回到操作条件，完成挖掘机卸载后，转向反向旋转，而液压缸臂使桶回到原来的地方。有时为了保证空斗进入新的挖掘位置,还用铲斗和臂配合液压缸动作。所以，空爪状态主要是手臂的旋转和复合运动。 由上可以知道，回转系统在实际的工作过程中主要是配合手臂的复合运动，以及手臂的旋转和复合运动的次数。在挖掘机的全部工作循环中占了很大时间比例。1.3.3 回转系统平稳性 液压挖掘机回转系统的不稳定性决定了回转电机和液压元件的寿命舒适和安全感造成了严重的影响；因此，在二十世纪80年代末，国内外学者及国外工程机械公司开始制动过程的稳定性，回转起动和负荷大惯性 Linerode James D,Caterpillar Mitsubish Ltd.US2003110934,2003,19-28。1.4 本论文研究内容本文以挖掘机样机为来源根基,对小型液压挖掘机中的回转液压控制系统进行仿真。从本文内容来看,第二章针对于挖掘机样机的回转机构液压系统进行分析。第三章针对目前小型液压挖掘机的回转液压系统特性进行分析。第四章为系统建模仿真,以挖掘机中回转机构控制系统进行动态仿真,基于Simulink仿真软件在系统写入的数据相同状况下进行两种系统的对比分析得出结论。 综上所述,本文的主要目的是比较两个系统的性能与实际的模拟曲线，并与理论分析的仿真结果进行比较。2 回转液压系统分析 液压挖掘机的主要部件是工作的装置配件、回转的机构、动力的配置、液压系统、传动控制机构、行走的机器和辅助的机器。电厂的功率输出可以有效地使用，这一直是挖掘机设计研究人员的目标。本章以小的挖掘机的液压系统进行分析，下一章进行分析其液压控制系统，为以后的仿真和实验作出铺垫。 如图2-1所示的小型液压挖掘机的结构图图2-1小型挖掘机的外部构成图1-发动机缸；2-动臂缸；3-斗杆缸；4铲斗杆；5-工作装置；6-行走马达；7-回转马达其主要结构分为三个部分：底盘、平台、工作装置。工作的部件利用转向头连接在回转的平台上；通过回转支承连接，底盘回转平台；1放在回转平台后发动机；驾驶室位于左前角的回转平台；底盘的前端设有推铲架设有步行道；传动系统是一个独立的液压系统流量分配LUDV控制，其运作模式是全液压电气系统的功能出发，照明，监控和自动报告。如图所示，动力系统即发动机1驱动活塞泵的液压能量可转换为铲斗缸4、斗杆马达、臂缸2、回转电机7、行走电机以及推板等。理解和设计液压系统，他的工作的过程和液压挖掘机得动作，最开始要了解流量分配和功率分配各液压泵作用元件，和主复合动作要求各液压元件在操作流程中的作用，力和功率的需求以及液压元件的配合和复合动作。2.1 回转系统液压挖掘机的技术现状 从上一节可以看出，回转系统在挖掘机的典型工作循环中起着重要的作用，本实用新型具有工作频率高、时间长、回转系统与活动臂系统组合动作协调的优点。在效率和绩效上起决定性作用。因此，回转系统的功能不止涵盖回转系统的单一动作性能还包括回转与动臂的复合运动的对称性。虽然挖掘机的实际工作过程中，回转动作不是很多，但回转系统性能是工厂测试的重要指标，回转系统的单作用是提高旋转和活动臂的性能提升复合动作协调的基础 秦家升;赵继云;王晓倩;文程.挖掘机液压冲击问题分析J.机床与液压,2008(1):273-275.。 回转系统在用作于挖掘机中很大的惯性加载结构，拥有惯性比较大、常数的时间比较大、阻尼比比较低等特性，所以形成了回转平台在起动和停止的进程中相当不稳定：当电机启动时，由于回转平台的惯性和阻力矩，回转平台的速度增的加比较慢，导致马达内很高压的冲击导致溢流。当回转制动电动机、回转台带动电机转动时由于惯性，电机回油侧的流量与操作的差别较大，会形成较大的压力冲击，使安全阀频繁发生当电机的开启和关闭，马达的回油侧的压力波动比较较多；当回转电机到减速到停止，电机在制动气室压力高在反向摆动的作用下，加速度、速度和稳定性直接影响到电机的制动过程中大型挖掘机失稳现象较为严重，为了减少操作者的技术要求和工作强度，一般要求旋转和活动臂举同时用旋转臂打开手柄。动臂旋转与升降的协调平台与活动臂马达的速度相匹配，即当臂升到适当的卸载高度时，转动平台到了特定的卸载地方。在实际工作过程中，由于工作条件的不同，所需的转角和动臂升降高度随液压挖掘机相对装载车位置的变化而变化表的转速相对应可调。如果装载所需的举升高度很小，则需要返回转快，升降速度移动臂可适当减速 Borghi.Massimo,Milani.Massimo.International Journal of Fluid Power,2005,5-18.。 当复位动作复位时，吊杆具有重力、低压和低速的功能由于重力的急剧下降和臂筒运动的吸力现象；同时要求转速较快。回转平台当旋转到一个特定的角度，手臂下降到特定的地方。依据挖掘机的特别的工作条件和技术的要素，回转的液压系统工作性质能力总结为以下的几个方面： （1）稳定旋转的单动作，减少启动时，制动压力和制动端的计数器转现象。 2)配合动作的协调，实现转动臂复合动作流量的合理分配。 (3)为了满足上述两点的要求，在这个过程中,实现了节能系统的回转,提高了转速,减小系统溢流损失。2.2 液压系统原理图图2-2 液压系统原理图 挖掘机的液压回路的系统中，该系统可分为五个主要部分,电源,阀组,执行部分,控制部分和辅助部分,由于液压挖掘机系统本身的液压系统的复杂性和非线性,在系统的每一个细节的精确建模是不可行的，其得出的后果将形成模型太过于多样性，导致系统的状况方程得出结果的不容易，和一些不主要的现象大多不干扰系统的动态的机能，固有频率远高于系统构件的固有频率，对系统动态性能的影响很小刘静;潘双夏;李晓明;高峰.基于Simulink的挖掘机液压系统建模与仿真技术J.期刊报告,2003(1):1-5.致 谢本论文是在陈立新老师的指导下完成的，与老师的交流给了我很多启发和智慧，引导我的研究方法和人生观。在我的工作和生活中，老师也给予了很多的帮助和支持，指导我修改论文，如何建模等。在这方面对老师的培训和教学表示最真挚的敬意和衷心的感谢。在这篇论文的最后，我想对我的老师，同学和朋友们的帮助和关心表示衷心的感谢。特别感谢祁文军、晁永胜、海几哲老师的中期指导，因为您们的帮助为我提供了很好的改正意见。正是由于您们的大力支持和热心帮助才让我更加顺利的完成论文。由于都是师兄师姐给我的建议，帮我解决很多问题，论文的顺利完成很感谢大家。在四年的大学学习和生活中,我得到了很多关心和帮助的同学和老师,和室友的帮助,让我在学习和生活中得到了温暖的亲情和友谊,最重要的是精神鼓励,我很感动。我要对你们所有人表示衷心的感谢,感谢你们对我的家人和所有给予我关心和支持的人。最后,我要对所有花时间审阅、评论和参与我的论文答辩的老师表示衷心的感谢。建模时，应简化或忽略。2.3 挖掘机液压系统分析 2.3.1 回转液压回路分析 液压挖掘机的回转结构回转所需要的时间大约是全部工作的一次工作时间的51%71%。液压中系统的全部热量的31%41%是液压回路的液压压力。因此，合理确定程序液压回路的结构，回转机构，回转机构的参数的正确选择，提高生产率和功率利率，改善驾驶员的工作条件是非常重要的工作，减少冲击装置。该机采用回转电机模型的alofd45，45m1 / R理论位移，通过计算的回转机构，回转电机的合理选择。液压原理图如图2-3所示：图2-3回转液压回路原理图1一单向阀；2-制动阀；3一缓冲阀；4-安全阀液压挖掘机回转机构运动时，车辆的惯性较大，突然地启动时候、或者突然地停止时候和突然换向时会产生较大的液压冲击。特别是在转弯过程中突然遇到障碍停止。液压系统的冲压会让全部的液压系统和零件造成振动和噪音，以至于损坏。因此，挖掘机的回转机构往往采用特殊的电路来保证安全、保护元件。首先，由于液压冲击造成的巨大损坏,应该在缓冲阀中,阀3是一种特殊的缓冲阀,该阀将被连接到回转电机，制动时高低压电路，停止或反转机构，液压油的压力室通过缓冲阀直接进入低压室降低液压冲击。两个单向阀起作用的油。该缓冲电路有着油量比较少，背压比较低，工作效率高的特点。针对停止的回路系统，研发了利用机器来制造动力和液压系统制造动力互相配合的方法进行电机制造动力。回转电机的制动型式常闭。当回转电机停止供油时，制动马达的先导油压回到油箱。一旦油泵供应到电机，先导压力油进入制动缸在同一时间。3 挖掘机中的液压回转系统的特性 本章通过总结液压挖掘机回转平台的一般规律，对回转平台的转动惯量进行了数学分析。液压挖掘机的液压回转单动臂回路理论特性和举升机机构的液压回路特性的理论研究。3.1 挖掘机液压回转一般运动规律 当液压挖掘机的旋转角度较大时，回转平台的运动分为启动加速度和匀速回转，减速制动三阶段。如果不考虑边坡和风的影响，忽略摩擦阻力矩在启动和制动的整个过程中，电机的输出转矩不变，则速度为： （3-1） 其中，回转平台上最大的驱动力矩为: （3-2） 根据回转平台的不同旋转角度，转台的速度曲线如图3-1所示。什么时候当旋转角度小时，回转平台不能加速到最大角速度同时，速度曲线为三角形速度图，当返回角位移较大时，回转平台移动太远该过程中的三个阶段的加速，匀速和减速。 (a) 泵系统的三角速率图 (b)泵系统的梯形速率图 （c）泵系统的三角速率图（变量） (d)泵系统的梯形速率图（变量）图3-1回转平台速度图由式1、式2和图3-1可知，可以看出回转平台的转动惯量和旋转平台的最大驱动力矩对回转平台的运动特性起着决定性的作用。对回转平台的转动惯量的大小和挖掘机质量属性和工作与胃的姿势结构主要决定；回转平台的驱动力矩通过回转液压系统的特点确定，转臂和复合动作也由液压系统动态劈裂的影响。因此，在本章中，我们将分析回转平台的转动惯量的液压回路的特性，双泵和双回路液压挖掘机的液压系统的旋转动作，回转系统的回转和解除。3.2 阀控回转马达特性分析 在两个泵两个回路的节流系统中，小的回转液压系统挖掘机是由一种阀来控制的回转电机电路，换向阀门是由三位的六通阀门，动作的时候，该动作可以与回油节流、油节流和旁路的节流一起配合，图3-2所示为其示意图。图3-2回转换向同节流原理图 三个口分别是1,2,3通过口的出流量分别为Q1、Q2、Q3，压力降分别为P1、P2、P3，过流分别为A1、A2，A3，节流数为K1、K2、K3，液压油的密度为,Qs马达端口压力为PA，n和q为回转马达速度和位移的加起来，马达B腔压力为PB，与液压泵的出口压力与流量分别为Ps。根据节流孔的流动方程和流动的连续性方程： (3-3) 由此可以看出，执行器的转速受三孔流道面积的大小影响，节流孔面积的匹配对执行器的性能有重要影响。三挖掘机回六到负转换阀开阀，有不同数量的阀芯和阀之间的重叠，当回转电机油的进口和回油口在打开的时候，流通面积为零，安装在槽复杂直口阀和旋转换向阀芯和非圆的开放特性的进油口和回。因此，回转电机电路本质上是一种非全开放两位四销控液压马达电路，如图3-3所示的工作示意图。图3-3 液压马达示意图3.3 回转与动臂液压系统特性 液压挖掘机转动臂液压系统是一个很特别的两个泵两个回路的节流液压控制系统。按液压原理，液压挖掘机回转与活动臂升降复合动作，变量泵1通过臂的组合阀和回转阀同时向液压缸的臂和回转电机供油2。变量泵2臂液压缸供油。因此，合理布置泵1流量是确定挖掘机启闭协调协调的关键合理分配流量的关键因素。在对1号泵液压系统进行分析的基础上回转可动臂复合作用中流动分布规律的研究。即使用了定量的泵和不变压力的变量泵，阀门控制马达系统和阀门控制液压缸的系统体系很少有什么联系，实用新型结构简单，制造起来比较容易，但是由于定量泵系统角的功率比较大，电动机的功率使用比例比较低，油消耗的很快很多，比较不适合小中型挖掘机型液压挖掘机。考虑到挖掘机工作条件的复杂性和载荷的变化性，中型液压挖掘机在恒功率变量泵中,由于恒定功变量的泵可以破坏负荷大小，调节泵排量，以减少系统溢流损失。根据上述分析，可以得出结论，回转系统和臂架系统之间的关系在很大程度上影响挖掘机旋转与活动臂升降复合动作的协调。当两个执行原件负载相等的条件下，对称性比较好。由于挖掘机的回转环持有着大的惯性负荷的性质。下午的“铅”铅时开始阶段，匀速运行阶段，所以理论上我们可以采取以下措施来减弱两种关系的耦合，提高复合动作的协调： (1)在回转回路系列优先阀降低回转系统和臂架系统的负载差异。 (2)减少液压缸的面积，减少回转系统和臂架系统的负荷 (3)调整系统的其他有关参数，例如增加吊杆的刚度和起动力矩泵1单独用于回转电机，避免回转电机停止启动的情况现象产生。 但是，如果优先阀的节流特性，液压缸臂区等的参数作用不能很好地适应执行设备的负载特性，复合动作的协调性将不会得到改善。如果优先阀溢流区，当回转电机和臂升降同时启动时，由于响应时间长，回转电机不能很快的上升，流量通过安全阀们产生巨量的溢流损失。泵的输出流量比较低，没有所需的流量，升降速度比较慢。4 回转液压系统控制的仿真4.1 液压系统仿真模块建立液压系统是由很多个不一样的液压器件构成，各部件之间的能量传递利用系统液压管路行进。在建模的数学过程中，一般是由节点的形成液压系统的参数模型。一个节点选择用来表示流动方程来表示节点的压力和入口和出口节点流量之间的关系。每个液压元件连接到节点上，并建立每个液压元件的仿真模型，并通过仿真可以得到节点的压力曲线。节点的压力和管道和液压器件密切相关。平和压力的曲线走势，这对全部液压系统的可靠性有着很大的意义。对于液压腔节点，腔体压力： (4-1） 式中，vi是腔的体积；E0是油液的有效体积弹性模量；Q是型腔的流量总和。将simulink模块用到数学模型转化为仿真模型，simulink软件，如图4-1所示。获得的液压压力节点的压力和流量的仿真模型，如图4-2所示。图4-1 Simulink软件图 图4-2压力流量转换模块 同样，画出了液压系统中的各模块的数学模型，画出了仿真的模型图。 4.1.1 液压油泵模块 液压泵以泵的转速和输出压力作为泵出口的输入，作为以泵的出口流量输出。因此此时地泵的输出流量端口可以表示为： （4-2） 在公式中，Sp是泵的转速；Vp是泵的排量；G是泵导液的泄漏；P是泵的输出压力。Simulink中画出的液压油泵仿真模型，如图4-3画出的模块。图4-3 液压油泵仿真模型 再利用simulink软件全选，然后创建封装模块。如图4-4所示。图4-4 液压油泵封装模块同理，创建各个模块的封装模块 4.1.2 液压马达模块液压缸，并连接到油腔压力和作为输入的外力，通过流量和输入VN油口活塞杆的速度，一个方程组的液压缸的运动 （4-3） 在公式中，VP是液压缸的活塞速度；M是液压缸的活塞和活塞杆；A1是非杆腔的活塞面积；A2是活塞腔的活塞面积；BP是活塞的摩擦系数；f是所施加的载荷。液压缸模块的模块模型如图4-5所示。 图4-5液压马达仿真模型4.1.3 溢流阀模块溢流阀以压差为输入的节点，输出的流量。数学模型可以表示为： 其他 （4-4） 当P2-P1-Pm0在公式中，G是溢流阀的液体传导，PM是设定压力。Simulink中的安全阀模块的模型，软件模型如图4-6所示： 图4-6 溢流阀仿真模型4.1.4 平衡阀模块 输出是一个平衡阀的流量 ，平衡阀用来作为选择压力差作为输入。 数学模型可以表示为： P2P1 P2P1且P2-P1-Pm小于等于0 （4-5） P2-P1-Pm=0 在公式中，G1为溢流阀中的液导；G2为平衡阀中的导阀；PM为设定压力。在一个平衡阀模块的仿真模型图4-7所示的建立Simulink仿真。 图4-7平衡阀仿真模型 在建立仿真模型后，利用Simulink的封装函数对仿真模型进行封装。对液压系统仿真的时候，可以直接用建立的模块互相连接后组成后进行仿真。图4-8为用软件组成的模块封装，RV是安全阀模块，CY是液压缸模块，PV是平衡阀模块，Pump是液压油泵模块。最后封装模块。 图4-8封装后的模块4.2 回转液压系统仿真模型建立利用着液压挖掘机的液压系统作为研究，画出了仿真的模型图。回转液压系统如图4-9所示，图中的4-9(a)是原来的液压挖掘机回转液压系统，图4-7(b) (a)原来的系统 （b）改进后的系统图4-9回转液压系统原理图根据原来的改进液压系统。本文的主要目标是确定回路的优化设计是不是符合要求，是不是能达到所要求的更好的缓冲条件。 液压系统的详细数据,见图4-10、和表4-1提供的数据：图4-10液压系统数据表4-1 系统仿真数据表序号参数符号单位大小1回转马达排量VmaxCc/rev148.52回转溢流压力PmaxMPa23回转支持压力角degree204回转马达效率mconst0.955油液密度Kg/m8506油液运动粘度vconstant367油液体积弹性模量EPa1.7e+98液压马达大径D1mm1259液压马达小径D2mm8510液压马达最大行程L1mm124011液压马达最大静摩擦力FN1510续表 4-1 12液压马达溢流压力PbmaxMPa3713油泵最大排量VmaxCc/rev10514油泵最大溢流压力PmaxMPa31.4 由于节点的压力对整个液压系统的可靠性有很大的影响，因此液压系统被选择作为一个节点在油路和回油线。如图4-11中显示的，选
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