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四柱式液压机液压系统设计(含源文件),四柱式,液压机,液压,系统,设计,源文件
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Sa 31, , 006, 543556. of on of a 34349, 005; 0 006In we on of a by A is of of on be as a a a is of a as an is in in of 000; et 000). A it a a or in By of or a be Wu et 004)to of in on in 996; 998; 000; et et 005). 1995), 1996), 003). as a a in is an of 980; 989). to of 001). A is to 967; 002). an on Wu et 004). of as in of to of in of in In of Yu et 1994) an an of a a 1997) a a in of a on of In of of of of be to be be in ST is a of a is A is a of is a on of a ST A is by is of of In is to of on in of of is of In is to of ST is In is as a on is on ST ID In in in to of to in of ST in of of ST is in . by an to a of on of a 45. To a is a of of a be as as At it to is to of a of a be at we by an 001). In of ST is et 1998) is of is of is be be (1)m3/s), is of ), m3/s), ) is to is as m3/s) in of (2)0, (3)546 of s), P is Pa)in to as a in in be as 4). 5) a It is in is (V/)(dP/ (4)(dP/= (/V )(5)m3/s), V is m3)to is is an of it of of on 200 000 If a is a of be be in of in a is as 980):1v=1f+1h+a, (6)a, f h to It is t= a, a. be h,of v)P = 14P . 6) be as v=1f+1h+ P, (7)s is in s = t) in m3/s) be as (8) is of 1/s)of ). It is on be m= (9)of on of a 47 is in Pa)of ). in is to of m= (10)be Im(d/ (11)of B is Ns/m), is of 1/s). 11)be to of ( (12)of to ST a is as a In of it is of do of a of in of ST of as of p= (13)m= (14)5) 12), dP/ (/V )( (15)d/ ( (16)A is on ST is in . be is in 7), be . of to ST to of to In to be 1996) is of In Re et 996) of to a is in ST is by to is by of in of In of is 989)of in an be in In I, It is to ID to in of ST et 001). In to be as a of to be of in in of 996). is to is to to of ID of ID is 17) 18) is as d) i) (990). of on of a 49. 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(a)e (b) (c) u of on of a 51. e M E M B B M B M S B S E M S S M E S S S M E M B u is of of of of of of by 附录2体积模量对液压传动控制系统的影响Sadhana Vol.31, Part 5, October2006, pp. 543556.(C)Printed in IndiaYildiz Technical University Mechanical Engineering Department,，34349 Besiktas,Istanbul,Turkeye-mail:.trMS received 9 September 2005;revised 20 February 2006摘要. 这篇研究报告，我们主要通过PID（比例积分微分）控制方式检测液压控制系统对角速度控制的Matlab仿真。有一个地方很值得关注，包括对体积模量控制分析系统。仿真结果表明，体积模量通过变参数可以获得更实用的模型。此外，PID控制器的不足之处在于对变体积模量角速度的控制，而模糊控制能够实现较好的控制。关键词 液压传动；体积模量；PID(比例积分微分)；模糊控制1.引言 液压传动系统是种输出可实现无级调速的理想动力传递方式，这样在工程中得到了广泛的应用，特别是在制造领域，自动化和重型车辆。它能够提供快速的响应，在变负载情况下能保持精确的传动速度，可以改善能量的利用效率和变功率传动。液压传动的基础为液压系统。一般来讲，它包括由异步电动机驱动的变量泵，定量或变量马达，所有要求控制的都在一个简单的控制柜中。通过调节泵或者马达的排量，实现无级调速。制造厂商和研究人员不断的改进性能和降低液压传动系统成本。尤其是近十年，体积模量在液压传动和控制系统的研究中引起了人们的关注。一些这方面的研究专题在学术期刊中可以找到。Lennevi和Palmberg、Lee和Wu运用各种转速控制算法求液压系统的液压力得到了很好的发展和应用。所有这些设计用的体积模量都是固定值，适用的压力范围广。但是，实际上体积模量是液压系统中必须考虑的因素。因温度变化和大气压，体积模量可在运行过程中求出液压系统的液压力。一点空隙足以大副减少体积模量。此外，系统压力起着重要的作用在体积模量值上。非线性影响了体积模量的不稳定，例如：压力振动导致的压力波会对液压系统的运行不利，还有可能会因磨损而导致部件的使用寿命缩短，干扰控制系统，降低了效率和增加了噪音。尽管有这些不良的影响，但在液压传动系统中很少有关于体积模量的研究。1994年Yu等人开发了一个参数辩识的方法，通过长的管子来测量压力波在液压传动系统中对液压油体积模量的影响。Marning (1997)发现了液压油体积模量与液压系统压力之间的线性关系。但是，迄今为止，在液压传动控制的设计过程中，还没有文献将体积模量考虑进液压传动控制系统的动态模型中。事实上，典型的液压传动系统变体模量比普通的液压传动系统有更复杂的动态过程。因此,伺服控制系统的稳态、 动态状况对体积模变得更为重要,因为闭环系统本身不会引起稳定性问题。体积模量无法直接确定,这样须要估计。基于这一估计, 在液压控制系统中可能要采用修正的方法。体积模量复杂的动态相互作用和控制方式是用仿真建模和分析软件来监测的。做一个真正的模型系统是非常复杂和费时的，模拟仿真测试是非常有利的。伺服液压传控制系统是解决这个问题的好办法。静态和动态模的仿真试验不需要昂贵的模型。仿真还能缩短产品的设计周期。这项研究的重点是一个典型的液压传动控制系统。非线性系统模型是通过MATLAB的仿真软件来研究的。该系统模型是由泵、阀、液压马达、液压管等组件组合而成。另外，变体积模量将描述出影响系统动力学的现象与控制算法。为此，两个不同的液压软管仿真模型被分别接入系统模型中。另外，利用模型来设计控制的过程。液压马达角速度的控制是通过PID(比例积分微分)和 模糊控制器来完成的。在第一个模型中，液压系统的体积模量和角速度假设为一个定值，并由典型的PID(比例积分微分)和模糊控制器来控制。第二个模型,体积模量被定义为可变参数，这个参数取决于大气压和系统的压力。在应用同一PID控制参数的情况下，这种新模式适用于液压系统的速度控制。接下来，模糊控制器应用于这一新模式中，可以判断体积模量的非线性关系。两种控制办法的仿真结果被用来对比分析体积模量在液压系统中的不同情况。2数学模型 液压系统的物理模型如图1所示。变量泵由异步电动机驱动，提供液压能给传动系统来产生固定的体积模量效应，变量马达驱动负载。为了不让系统产生过高的压力，使用减压阀来解决。图1. 液压传动系统从客观的角度来看这个研究，系统的数学模型应该越简单越好。与此同时，它必须包括重要的实际特征。了解单独组件的目的是为了更好的了解系统模型。利用物理基础知识，目前可以得到平衡和连续性方程。模型反映出了每个组件动态状态时的情况。通过了解每个组件，将所有组件联系起来可以了解整个系统，从而得到整个系统模型。本文中，利用各组件来开发液压系统模型是早期所用到的方法。2.1 变量泵假设原动机（异步电动机）的角速度是个常数。因此，联结泵的轴的角速度也是个恒定的值。泵的流量可以通过变量泵的斜盘角度和位移得到如下关系：Qp = kpvp, (1)式中，Qp表示泵的流量(m3/s)，表示斜盘的倾斜角度()，kp表示泵的系数，vp表示泵的容积效率，假设这个参数与泵自转角度没有关系。2.2 减压阀 为了简化，减压阀不考虑动态因素的影响，这样，可以得到减压阀在开启和关闭时的两个流量方程。Qv = kv(P Pv), 如果P 大于Pv, (2)Qv = 0, 如果 P 小于等于 Pv, (3)式中，kv表示阀的静态特性，P表示系统的压力（帕），Pv表示开启压力（帕）。2.3 液压管 作为传统模型，高压管用于连接泵和马达，在这里体积模量是个固定值。变体积模量在接下来的章节中讨论。 流体的可压缩性关系如下式（4）所示。等式（5）提出了在给定流量时压力值的求法。假设液压管对系统的压降忽略不计。Qc = (V /)(dP/dt), (4)(dP/dt) = (/V )Qc, (5)式中，Qc表示经过压缩后的流量(m3/s), V表示流体经过压缩后的体积(m3)，表示流体的固定体积模量，在液压系统和动能传动中它是一个重要的参数，因而它将影响动力系统和控制系统的状况。非气液压油的体积模量取决于温度和压力，矿物油根据添加剂数量不同，体积模量为12002000Mpa。但是，系统压力和融合空气，将影响体积模量的值。如果采用液压胶管而非钢管，体积模量在这里就回大大降低。由于这些参数影响体积模量，液压传动系统模型必须具有更准确的动力系统。流体和空气的混合体在液压管中的变体积模量可以如下所示： (6)式中，下标、f和h分别指空气、流体和液压管。假设初始总体积为=+，还有 。这样体积模量会比任何, , 和 Vt/Va都要小。积模量中流体的来自于生产厂家体的数据。(Cp/Cv)P = 1.4P主要用于绝热状态下空气的体积模量。（6）式还可以改写如下： (7)式中：s表示融入空气的总体积(s = Va/Vt )。2.4 液压马达和负载 液压马达的流量(m3/s)可以用公式表示如下：Qm = km/vm, (8)式中：km表示液压马达的系数，表示液压马达的角速度，vm表示液压马达的容积效率。假设液压马达的效率不受转动轴的影响。液压马达的扭矩可有公式表示如下：Mm = kmt_Pmm, (9)式中：kmt表示液压马达的扭矩系数，P表示液压马达的压降，mm表示液压马达的机械效率。液压马达所产生的扭矩等于瞬间马达负载的总和，可由公式表示如下：Mm = MI +MB +Mo, (10)式中，MI、MB和Mo表示瞬间形成的负载惯性，摩擦力伴随机械运行而生，这样可以描述为：Mm = Im(d/dt) + B +Mo, (11)式中，Im表示液压马达轴的转动惯量，B表示马达和轴的摩擦系数，表示马达轴的角速度。等式（11）用于确定液压马达轴的角速度。从新定义角速度公式如下：d/dt = (Mm B Mo)/Im. (12)2.5 液压传动系统 通过基本数学模型，结合液压系统中各组件和发生的现象，从而方便获得总体液压传动系统模型。由此，液压系统是根据模型仿照而成的系统。在开发动态模型系统时，假设传动的静态和动态特性不取决于液压马达的旋转方向，传动处于平衡状态。不考虑模型中液压泵和马达的泄露量。通过数学模型可以得到液压传动系统的两个等式如下：流量方程：Qp = Qm + Qc + Qv, (13)瞬时：Mm = MI +MB +Mo. (14)联合等式（5）和（12），可以得到如下公式：dP/dt = (/V )(Qp Qm Qv), (15)d/dt = (Mm B Mo)/Im. (16)Matlab仿真一个常用的模拟仿真方式，它主要用于求解非线性方程。仿真模型是基于图2中所示的液压传动系统的数学模型。系统模型中的组件可以很容易在规定要求内变换。据此，改变液压组件中的液压管，通过等式（7）可以得到第二种模型。3.控制应用 许多相关的刊物记载出版了液压传动系统中马达与相连负载的速度控制方法。为了完成这个目标，设计中采用了不同的闭环控制。但是，1996年Lee和Wu通过调节泵的位移来调节负载的速度，这种测试方法是最有用的。此外，1996年Re等人解决了用改变泵的排量来控制负载的速度，改变泵和马达的流量是最高效的，在任何时候应该尽可能首选这种控制方法。为此，正在研究液压传动系统的这一问题，输出角速度通过液压马达提供的流量来控制，通过调节变量泵斜盘的角度来调节流量。为了研究的方便，在应用中不考虑斜盘的动力学影响。此外，斜盘控制系统动态速度通常比其它系统要快，因此忽略动力学影响是有理由的。液压传动控制系统中液压马达的角速度通过精确控制得到，因而事先必须设计好控制器。在工业中，经典的控制方法有PI、PID，它们被用于液压传动系统中的速度控制。关键是要确定控制参数，因为PID控制方法具有线性的特性。特别是在控制器中应该把体积模量当作一个非线性的。由于有可变范围，这样控制器的性能要非常的稳定。以理论知识为基础的控制越来越多，特别是在模糊控制领域。不像经典控制方法，模糊控制结合非线性来设计控制思路。因此，这种控制方法的应用可以用于判断对减少体积模量影响的控制能力。3.1 PID控制 液压传动系统对角速度控制的算法在公式（17）、（18）中已经给出。用Ziegler-Nichols法校正控制参数，例如比例增益(Kp),响应时间常数(d )，积分时间常数(i)。通过参考角速度来确定最优的控制参数。图3表示液压传动系统仿真模型。uv(t) = Kpe(t) + Kpdde(t)/dt +Kp/idt, (17)e(t) = r . (18)4、结论 利用系统模型和仿真技术分析了体积模量非线性对液压传动系统的影响。通过这个研究表明，如果忽略了液压传动系统体积模量的动态影响，对系统的响应和安全运行将带来很大的错误。因此，应该把体积模量作为变参数考虑，这样可以得到实际的整体模型和确定更精确的PID控制器参数。迄今为止，还没有分析液压系统模型体积模量的同时描述模型的设计特点的文献。于是，对于当时最早的设计，PID控制器应用于液压传动控制系统可能是有用的。这样可以清楚的看到模糊控制器消除变体积模量的不良影响。这样有利于控制设计开发更好的控制器。今后的研究发展的方向，将包括模型斜盘的动力学问题、阀的动力学问题、液压马达和泵的流动复杂和转矩问题。这样，一个合适的控制方法将被应用于调速和变负载的情况。参考文献Dasgupta K 2000 Analysis of a hydrostatic transmission system using low speed high torque motor. Mech. Mach. Theory 35: 14811499Dasgupta K, Chattapadhyay A, Mondal S K 2005 Selection of fire-resistant hydraulic fluids through system modelling and simulation. Simul. Model. Pract. Theory 13: 120Eryilmaz B,Wilson B H 2001 Improved tracking control of hydraulic systems. Trans. ASME: J. Dyn. Syst. Meas. Control 123: 457462Huhtala K 1996 Modelling of hydrostatic transmission steady state, linear and non- linear models. Acta Polytech. Sci. 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Control 8: 338353820*届毕业设计课题任务书 院 (系 )： 机械学院 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师 学生姓名 课题名称 四柱式液压机及液压系统设计 内 容 及 任 务 一、设计的主要技术参数 用途：适用于可塑性材料的压制工艺，如粉末制品成型、塑料制品成型、冷热挤压金属成型、薄板拉伸以及冲压、弯曲、翻边、校正等工艺的 四柱式万能液压机 。 性能 特点：本液压机具有调整、手动及半自动三种工作方式，可实现定压和定程两种工艺方式。定压成型时 ，在压制后有保压延时及自动回程动作。工作台中间装有顶出装置，除顶出制品外，还可作为液压垫用于薄板拉伸制件的压边成型工艺，其工作压力与行程可根据工艺需要在规定范围内调整；可用继电器控制或 制的电气控制系统。 主要技术参数： 公称力（最大压力） 2000回程力 400 顶出力 350体最大工作压力 25 拉伸滑块行程 700顶出活塞最大行程 250滑块距工作台最大距离1100 二、 毕业设计图纸 1. 2000柱式万能液压机 主机 总图； 2. 液压动力系统 原理图； 3. 液压 动力系统（液压站）装配图； 4. 其它零部件图。 三、设计说明书 1. 液压机及 液压系统 (与电气控制系统 )工作原理及工艺参数的分析与确定； 2. 液压 动力系统配置、元器件选型与布置设计； 3. 部分液压元器件结构参数确定； 4. 设计说明书中英文摘要 四 、外文翻译 翻译约三千文字的专业英语资料 拟 达 到 的 要 求 或 技 术 指 标 压机 的现状和发展趋势。 压机机 械设计的一般过程。 案设计 （工艺分析、原理图设计、总体布局）。 组成部分的运动设计、结构设计、材料选择、零件强度与刚度校核、绘制设计图样和编写技术文件。） 计软件，并能熟练运用一种 件进行 液压机 机械设计。 握独立获取、消化和应用新知识的能力和方法，具有一定的分析解决实际问题的能力，具有初步的科研、开发能力。 进 度 安 排 起止日期 工作内容 1、 20*年 年 资料、写开题报告 2、 20*年 业实习、翻译英语资料 3、 20*年 体方案设计、液压系统方案设计、元器件结构参数确定、 其他参数确定及设计 4、 20*年 000压 机 装配图 及 液压原理图、系统配置图 、 液压站总图与其他零部件图绘制 5、 20*年 写设计说明书、论文 6、 20*年 备答辩 主 要 参 考 资 料 北京 :国家标准局 ,1988 05 05 发布 北京 :中华人民共和国机械工业部 ,1985 02 08发布 尧明主编。液压与气压传动（第二版），北京：机械工业出版社 压与气压传动，武汉：华中科技大学出版社 程制图基础 北京：高等教育出版社， 械设计，武汉：华中科技大学出版社 械原理，北京：高等教育出版社， 换性与测量技术基础，北京：机械工业出版社 建民主编。机械工程材料，北京：机械工业出版社 工学，北京：高等教育出版社， 编 控制器 应用 技术 . 北京：机械工业出版社 岩编著。电机与拖动基础（第二版）。北京：清华大学出版社 亚元、傅国强主编。机床电气的自动控制 重庆大学出版社 械设计手册 单行本 机械传动。北京：化学工业出版社， 2004 械设计手册 单行本 常用设计 资料。北京：化学工业出版社， 2004 械设计手册 单行本 联接与紧固。北京：化学工业出版社， 2004 改造成型压力机上的应用 。 电脑开发与应用 2002 年第 05 期 教研室 意见 签名： 年 月 日 院 (系 )主管领导意见 签名： 年 月 日 1 湖南工业大学学生实习报告 实习性质 ： 毕业实习 院（系）： 机械工程学院 专业 ： 机械设计及其自动化 班级： 03名： 彭 勇 学习 理论知识的目的 是 为了更好的用于指导 实践， 创造更大的生产力。如何让理论 和 实际 得到有机的结合是我们学习时 值得 思考 的问题。 作为学生的我们，让理论和实际有机联系在一起的方式就是去企业进行实地的实习。 只有这样，才能在实习过程中发现书本上没有 的问题，从而巩固自己理论知识的同时提高自己的实践 动手 能力。 这次 实习的时间不是很长， 可是 此次实习对我们 这些 还没有实际工作经历的 学生来说是 具有 重要 的意义 。 它将 为我们 进入 企业 ，适应企业的环境提供了经验支持。 经过 几天的实习，不论是从专业知识的巩固上还是从实践能力的提升上都有带来了很大的帮助。 现在 实习业已结束，值得总结和思考的问题并没有随着实习的结束而结束，我们需要总结的经验还很多，值得学习的实践 经验 也不少。为了更好的让这次实习达到预期的目标和效果， 也为 今后的工作借鉴提供点 认识 基础，特别将实习的所见、收获、感受用报 告综述如下。 2007 年 3 月 20 日我来到衡阳起重运输机械厂进行毕业实习。在公司人员的介绍下， 我了解了公司的发展现状及 主要 的 产品。公司 性质 属于国有企业，在册员工大约 1500 人， 其中工程设计人员 70 人左右，销售有十个部门，大约 400 人左右，从事生产管理的近 100 人左右。 目前公司的实力排名在全国同行中可以 排到前五 。为了让公司的发展不断壮大，经营的业绩有新的突破，公司进行了 体制改革 ， 建立了合理的奖罚制度， 调动 了 员工的积极性。 公司主要由四大块组成，即：设计处、生产部、销售部、行政管理处，这次实习主要去设计处和生产 部。公司目前主要的产品是“强龙”牌带式输送机，带式输送机主要用于散装物料的运输，如；矿山冶金、电厂、煤矿、化工厂、港口等。听公司领导介绍，在带式输送机做的比较好的企业有辽宁的沈矿和河北的唐冶。 质量就是企业的生命， 为了保证产品的质量，在关键部件的生产上运用先进的生产设备，例如：滚筒制造时采用自动卷板机来完成， 托 辊 密封焊接 采用自动焊接 设备等等。除此之外，公司还建立了一整套带式输送机的测试实验装置，这样设计和生产可以得到更好的 互补 。 由于带式输送机不是封闭 式 的传输，这样 会因传输 时产生的振动 使物料撒落，从而对环境造 成污染。为了解决这个问题，管状输送机得到了 初步的 研究和发展，目前从事管状输送机生产的厂家还不多，处于 2 起步阶段，因为 它的 受力 情形 比带式输送机更复杂，生产成本更高。 为了 顺利 完成实习 任务 ，了解各个实习部门的组成和职责是必要的。 首先是 设计处 ，该处 下设两个机构，即：产品设计处和工艺设计处。产品设计处主要根据客户的要求进行参 数设计、产品选型、非标件图纸设计、校对审核、设计资料归档等工作； 工艺设计处主要根据产品设计处的设计要求进行 机 加工工艺方案的设计和材料的 定额计算等工作。 接下来是 生产部 ，该部门和设计处有着 直接的 联 系 ，因为设计人员设计意图的表达最终还要 依靠 生产部 门 才能 得以实现，两个部门是相辅相成的，缺一不可。 生产部下设 七 个生产车间，即： 金结构车间、焊接车间、机加工车间、 滚筒生产车间、托辊生产车间、装配车间、质检 与 包装车间 。 我去的第一个实习部门 是设计处， 看到所有的设计都是在计算机上借助辅助设计软件进行设计计算。听 设计人员的 说，以前的设计都是徒手 设计 ， 劳动强度很高 而且 效率很低， 设计的图纸 很容易出错并且还不容易 修 改，自从 运 用计算机辅助设计 后，不仅效率提高了，设计质量上去了，还在下料时节省了大量的原材料，减少了浪费。 我看了 他们实际设计的操作过程，包括参数的计算、产品选型、 非标零件 图纸设计、图纸打印、晒蓝图、资料归档等 。我问 他们 设计图纸 是不是设计中 最重要 的 ？ 他们说设计的精髓在于通过参数的计算，对比设计方案，然后确定最 佳 的设计方案，其实图纸只是 设计思想的 表达 载体。 设计方案的优劣直接影响 机 加工工艺 的可行性 和加工的质量。 由于带式输送机在运行中受力复杂， 输送机越长受力越把握不准，启动也是个难 题 ，这样对每个设计人员而言将是个考验 。2000 年的时候公司就遇到了这样的问题，当时黄骅港 带式输送机 项目 要求设计的单机带长为十多公里， 当时 在国内是最 长的，难度可想而知。通过 他们 认真谨慎的设计计算，采用软启动 方式启动 ，最后 产品 成功交付使用。我想一个企业的竞争 归结到 最后是设计 方案 优劣的竞争。由此可以看出， 想要成为一个出色的设计人员不仅要有深厚的专业知识和经验 作基础 ， 还要会运用计算机辅助设计软件，这样你的设计思想才可以完整的表达。如果你某方面“断层”，设计肯定达不到理想的效果。 生产部门是提升实践动手能力的最好 地方 ，理论与实际 可以 联系于一体，从中可以发现不少书本上没有碰到的问题。 首先去的车间是金结构车间，该车间主要根据设计的图纸完成下料工作，为下一个工序做准备。 在车间看到了剪板机、氧炔焰切割机、冲压机、冲裁机等设备 ； 焊接车间主要用于板件的焊接，该车间主要用于焊接带式输送机的驱装架、 机架 、中间架、拉紧装置等部件，焊接的方式一般
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