（机械工程专业论文）长江三峡永久船闸液压启闭机液压系统动态仿真及研究.pdf

摘要 随着数字仿真技术在液压领域的广泛应用，我们在液压系统的设计阶段以及 现场调试之前可以对液压系统进行动态仿真，以观察系统在各种工况条件下的动 态特性，检验其是否满足工作要求，为设计和调试提供理论依据。本文通过对长 江三峡水利枢纽永久船闸液压启闭机液压系统的动态仿真及研究，得到以下成 果： ( 1 ) 对p a r k e r 公司c e 系列二通插装阀动态仿真模型进行了二次开发， 建立了便于参数修改，可重复使用的元件仿真模型库，为使用相同系 列二通插装阀所组成的液压系统仿真打下良好的基础。 ( 2 ) 运用节点法把各个液压元件的模型连接起来，构成整个系统的仿真模 型。这样不仅考虑了在系统动作切换过程中各元件的动念变化，而且 可以观察到连接各元件之间的容腔内液流的动态变化。运用m a t l a b 中s i m u l i n k 搭建系统的仿真模型，使系统模型的建立方便、快捷、 高效。使用建立子模块的方法构建各元件和液压容腔的模型，利于在 变参数的条件下系统的动态仿真。通过实验验证了模型的可行性，证 明用节点法建立系统模型进行动态仿真是一种很有效的方法。 ( 3 ) 针对液压系统由二通插装阀组成，研究了“瞬时失压”现象对系统动 态特性的影响。发现在弧门上下行动作切换过程中出现“瞬时失压” 现象，弧门在短时间内高速下滑，并引起“气蚀”现象的出现，这些 对系统的正常运行造成卜分不利的影响。通过对经过改进措施后系统 动态特性的仿真研究，验证了运用不平衡控制液阻或改变插装阀上控 制先导阀动作顺序的方法能显著改善系统的动态特性，并月避免弧门 的短时间内高速下滑和“气蚀”现象的出现。仿真结果为系统的改进 和现场调试提供了理论指导。 ( 4 ) 建立了较实际接近的试验模拟条件的试验台架，通过对输水阀门和人 字门高压大流量无级变速系统的基本性能的试验表明，现有提供给i 峡人字门的液压系统及其控制组合能够较好的满足系统无级变速以及 具有良好的稳态开启和动态响应与性能，从而保证满足输水阀门和人 字门的运行技术要求。从现场实际运行半年多的状况来看，本系统的 研究开发是成功的。 ( 5 ) 有关电一液比例泵和二通插装阀技术的动态性能分析及其仿真已在三峡 水利枢纽永久船闸液压启闭机中应用，填补了国内同行业的空白，该 成果在国际上尚无先例，总体性能达到国际先进水平。 关键词：二通插装阀，动态特性，建模，仿真 ：海大学碳上学位论文第一章绪论 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 本课题是长江水利委员会重大项目的子课题。课题研究长江三峡水利枢纽永 久船闸液压启闭机液压系统的动态特性。启闭机性能的好坏直接关系到三峡船闸 能否良好运行，而启闭机的液压系统是它的关键。因此研究启闭机液压系统的动 态特性十分必要，它为三峡船闸良好运行提供有力的保障，意义重大。 液压系统的动态特性是衡量一套液压系统设计及调试水平的重要指标。早期 研究一个液压系统，通常凭借设计者的经验和知识用真实的元部件构成一个真实 系统，然后在这个系统上进行大量的试验，研究控制方式和结构参数对系统动态 性能的影响，通过反复实验和不断修改，确定应用于生产实际的系统。但建造一 个实验系统要花费大量人力，物力和时间，而且一次性成功的把握性小，变更参 数，改变控制方案又很困难。对于现场工作环境复杂，负载变化大的液压系统， 进行实验尤为困难，且费时费力。随着计算机技术的发展，利用以计算机为工具， 把实际液压系统变为模型，在计算机上进行实验研究系统的各种一r 作状况，确定 最好的控制方案和最佳参数匹配的计算机仿真技术，可使我们的工作更高效提 高分析结果的可靠性，降低工程造价，缩短研究周期。计算机数字仿真技术的发 展尤为分析和预测液压系统的动态特性提供了有力的手段。 1 2 课题研究的目的和意义 本课题根据三峡永久船闸的运行工况，对启闭机液压系统在高压大流量f 的 无级变速特性以及液压系统的稳态和动态特性进行理论分析和实验研究。通过对 液压系统的分析、综合和实验研究，为输水阀门高压大流量液压系统的优化设计 以及与电控联动条件下的无级变速运行分析和参数的确定、电液联调试验及运行 管理等提供理论依据和指导。 1 3 课题研究的内容 本课题的主要内容包括 液压启闭机主要技术特征及运行工况的分析； 输水阀门、人字门高压大流量无级变速液压系统的分析及方案比较； 输水阀门、人字门高压大流量无级变速液压系统的确立及其主要液压元件和 关键技术的分析、实验研究及参数优化： 输水阀fj 、人字门高脏大流量变速控制液压系统关键技术的参数调整措施。 l 海人学硕t 学位论文第一章绪论 a ) 利用计算机数字仿真技术，对所设计的启闭机液压系统进行动态仿真，研究 系统在正常工作以及动作切换状态下的动态特性是否满足工作要求。根据现有设 备设计实验方案进行一些项目的实验，与仿真结果进行比较，以验证仿真模型的 正确性。b ) 针对采用二通插装阀组成的液压系统中可能出现的“瞬时失压”对 系统产生的不利影响，对弧门上下行动作切换过程中系统的动态特性进行仿真研 究，观察“瞬时失压”对系统的影响，提出对系统的改进措施，并通过仿真实验 验证改进措施的可行性，为系统的现场调试提供理论依据。 j 海大学硕l 学位论文 第j 章液压启闭机投术特性及主要运行 ：况分析 第二章液压启闭机主要技术特征及运行工况分析 2 1输水阀门液压启闭机主要技术特征及运行工况分析 输水闸门属于单吊点反向弧门，是典型的重力负载。其在运行过程中，由于 受水流压力及负载力矩变化等因素的影响，在运行过程中为变负载运行，运行中 受动水阻力及推力影响，工况复杂。这些工作特点要求液压系统在运行过程中能 根据负载特性对负载变化进行补偿，满足阀门在运行过程中的稳定性要求。在启 动、停止过程中，因属于大重力负载，要求液压系统能适应负载的状态变化，避 免产生液压冲击。输水阀门启闭机主要运行要求： 高水头动水启门，低水头动水闭门，同时需要考虑事故条件下高水头动水 闭门和单边启闭阀门。 在阀门全开位，启闭机停机后必须可靠保压持住阀门。 在廊道充、泄水过程中，为控制闸室超灌或超泄，阀门需低水头动水关闭。 启闭机运行应适应阀门和输水廊道水力学条件。 液压系统与人字门启闭机共用。 液压系统应具有事故状态f 通过手动方式操作阀门的功能。 图2 1输水阀门启闭机及液压缸简图 2 2 人字门液压肩闭机主要技术特征及运行工况分析 三峡人字门最大尺寸为高：3 8 5 m ，宽2 0 2 m ，最大运行淹没水深达3 6 m ， 工作及边界条件复杂。液压系统必须适应高压大流量的技术要求并保证与电气联 动的可靠性。人字闸门启闭机主要运行要求： 各级闸首两台人字门启闭机经电气同步控制后运行误差4 i 大于 2 5 m m 。启闭机按给定的v t 变速特性曲线运行，且可在现场对该曲线进行调整修 改。 第一、二、六闸首人字门，_ ! = 丌到位后，由液压锁定钩自动锁定闸门。 缡3 虹共7 7 虹 监 盥l 茅， ￥、 上海人学硕+ 学位论文第二章液压启闭机技术特性及土要运行工况分析 人字门闭门启动前，锁定钩提前自动脱钩，液压自动锁定钩应与启闭机电气连锁j 对于人字门在正常运行过程中由于风、浪可能对启闭机造成的负向 载荷而造成的失速，液压系统应能迅速平稳地调整过渡。在凋整过程中，系统应 控制速度、压力及流速等参数平稳变化，避免出现冲击和振动。 在闸室充、泄水在出现较大的超灌超泄或遇到较大荷载时，即在闸 室出现反向水头直至0 4 m ( 第六闸首为0 6 m ) 时，人字门启闭机应以持住方式 操纵闸fj 开门，避免启闭机承受过大荷载。 液压系统还应具备利用闸室充、泄水过程中出现的超灌超泄所产生 的人字fj 反向水头，配合水位计与系统的联动控制实现人字门的初始开启。 人字门在全关位时，启闭机应能适应闸室泄水过程中闸门上、下游 水位差造成的人字门塌拱变形。 卜海大学硕上学位论文第三章液压系统中备波j k 儿件模型的建立 3 t 引言 第三章液压系统中各液压元件模型的建立 液压系统的动态特性是衡量一套液压系统设计及调试水平的重要指标。由于 液压启闭机现场工作条件复杂，通常系统的工作流量、压力较大，受动水阻力的 影响，在变负载的情况下运行，要求系统运行安全、稳定、反应迅速，并且要避 免产生冲击和振动。凶此了解系统的动态特性非常重要。液压控制系统由各个液 压元件组成，对各个液压元件建立数学模型，是对整个液压系统进行建模和动态 仿真的基础。本液压系统插装阀控制回路如图3 1 所示。 图3 i二通插装阀控制回路图 3 2p a r k e r 公司二通插装阀特点介绍 美国p a r k e r 公司的二通插装阀是一种基于插装阀技术、采用标准统一安装 连接尺寸的集成组合，它没有特定的功能。一个插装阀主要结构包括阀芯、阀套、 弹簧和挡板，这些零件形成插件c e ，外加一个盖板单元c 。为了实现液压功能， 插件c e 被安装在控制块里必要的连接孔中。腔孔由盖板进行封闭。盖板的结构 决定了插装阀的功能。阀芯直接受弹簧力的作用，并通过相关的液控压力被打开 或关闭。插装阀结构如图3 2 所示。其中a ：初始位置通过弹簧关闭( 常闭) b ： 初始位置通过弹簧打开( 常开) 上海大学硕士学位论文 第三章液压系统中备液压元件模型的建口 圈3 , 2c e 系列插装阀结构图 阀芯具有不同的阀座形状，可以选择不同的面积比以实现各种阀功能，例如： 压力、流量、方向控制功能，或者作为一个单向阔功能。先导控制可以装在盖板 单元上或通过控制孔与盖板单元相连。c e 系列阀芯结构如图3 3 。 图33c e 系列插装阀插装件结构图 3 3 确定数学模型时考虑的共性问题 对实际产品中各元件可以根据实际工况，在建立仿真模型时应进行必要而又 合理的假设和简化，以达到仿真模型的合理化和可实现性。在液压系统中结构参 数和系统参数等变量需要通过理论和实验的手段进行合理假设或确定，因为这些 变量最终需要反映到系统模型中，并且影响仿真结果与实际试验结果的一致性。 ( 1 ) 油路管道采用集中参数考虑，忽略进油端容腔压力软管对系统动态压 力变化的影响；假定出油管道短而粗，回油压力忽略。 ( 2 ) 先导网络由固定液阻组成，视为固定细长阻尼孔。 卜海大学硕士学位论文 第_ 二三章液压系统中各液压7 g 件模型的建芷 ( 3 ) 分析主阀芯上作用力( 见图3 4 插件 受力示意图) 液压力f a 、f b 、f c ，库 仑摩擦力f r c ，粘度摩擦力f m ，弹簧 力f f ，液动力f s t r 。 a 库仑摩擦力f r c 库仑摩擦力可用下面通式来表示： f ，：= x f7 s i g n f r c 的大小主要取决于阀芯阀套这对摩擦副的 结构及所受的法向力。这罩有两种引起法向力的可 固3 4 - 插件受力示意图 能：( 1 ) 液压卡紧；( 2 ) 阀套变形。液压卡紧是由于阀芯和阀套配合间隙中流场 压力分布不均匀产生的。而零件加工中出现的锥度、圆度等形状误差，间隙覃游 入污染颗粒及液流进出口分布的不均匀则是引起压力场变化的主要原因。通过结 构上的改进( 如阀芯上开均压槽、适当增加导向长度等) ，严格控制加工精度， 可以达到避免液压卡紧的目的。 阀套变形主要是由于轴向端面压力引起的。当n g l 6 的阀套用于3 2 0 b a r 工 况时，端面压力最高可达到1 2 吨。为了弄清变形的规律，抽样选取了四个 d 1 n 2 4 3 4 2 标准的阀套在5 0 t 万能压力机上进行加压测量，加压范围( 0 1 8 t ) 。 ( 图3 , 5 ) 给出了阀套上最大变形处的变形测量结果。 从图中可以看出， 受压阀套的变形始终 为正，表明它是向外变 形的，因此这种变形只 会引起泄漏而不会产 生法向力。 经过上述分析可 以得出结论：阀芯运动 过程中库仑摩擦力的 作用很小。故数学模型 中可以忽略这个量的影响。 压变形测试结果 b 粘度摩擦力f m 当流体发生剪切变形时，流体内就产生阻滞变形的内摩擦力这种性质称为 第7 负共7 7 负 上海犬学硕士学位论文第三章液压系统中各液压元件模型的建立 粘性。它对运动的流体产生作用。这里用粘度摩擦系数u 来表示。由于粘度对温 度、压力的变化影响很大。粘度随温度的升高而降低；随压力的升高而变大；它 们都是按指数曲线进行变化。尤其当工作温度过低时，油液的粘度将急剧上升。 但是在低压工况( p 2 时：q = k d 2 办一p 1 吼一嗡州曲、亏 叩。 ， 插装阀组件c v 0 4 对于v 】容脏控制体积的流量g 。 q 4 = q 。0 4 + 4 膏+ q 当p 1 弧门停止； b 弧门关闭一 弧门下行( 加压) 一一 弧门自重下降 一一 弧门关闭停止； 各运行过程中负载及运行特点如下： ( 1 ) 上升丌启过程：反向重力负载加速运行 ( 2 ) e 升运行过程：反向负载变负载匀速运行 ( 3 ) 上升停止过程：反向重力负载减速运行 ( 4 ) 下降启动过程：正向负载加速运行 ( 5 ) 下降运行过程：正向变负载匀速运行 ( 6 ) f 降运行切换至自重下滑过程：正向负载背压控制转 换为节流控制运行 ( 7 ) 下降停止过程：正向负载转换为无负载停止。 长江三峡永久船闸输水阀门启闭机控制的弧门及其拉杆杼系结构的总重达 3 0 0 吨左右，且其运行速度要求较快，因此属于典型的重载高压大流量液压系统。 经分析综合和优化设计后的其主要结构和运行参数如下： 输水阀门启闭机的主要结构和运行参数 鹅2 3 啖共7 7 页 海大学硕士学位论文第四章液压启闭机液压系统分析 启门力 闭门力 缸径 杆径 启门压力 闭门压力 启门速度 闭门速度 启门供油 启门回油 闭门供油 闭门回油 q q 。 q 。 q 1 8 0 0k n 1 0 0k n 中4 8 0 i l f f l l 巾2 6 0 m i l l 1 4 0 8m p a o 5 5m p a 3 3 4 m m ir l 1 4 3m m i n 4 2 6 8 51 i n i n 6 0 4 0 9 l m i n 2 5 8 6 4 l m i r l 1 8 2 7 5l m i n 如上所述的输水阀门的控制回路中( 图4 1 ) ，输水阀门油缸的二通插装阀 控制吲路是扩展型四通回路，图示回路可用于对输水阀门油缸进行换向和进、回 油阻力控制。该回路针对输水阀门的竖缸布置及其运动特征，使油缸的有杆腔( f 腔a ) 在进回油的阻力设计上具有鲜明的特征。例如图中工况时，对油缸有杆腔 a 进行排油控制的是二个并联型的控制阻力，它们是典型的具有方向和流量复合 控制以及方向和压力复合控制功能的二通插装阀控制组件，采用这种组合结构对 输水阀门下行关闭时的回油阻力进行控制，此时，输水阀门的油缸是加压下降， 当油缸加压卜- 行一段距离到接近油缸行程终点和输水阀门即将关闭时( 例如高底 坎2 0 0 m m 处) ，为防止反向弧门的液流力所造成的加速关闭现象及其影响，应通 过增加油缸下腔的回油阻力等抑制油缸的加快下行，此时输水阀门处于靠重力自 行下降状态，由于油缸有杆腔同油将强行通过方向控制组件，并进行节流后回油， 劂此该组件对油缸的下行具有明显的控制作用，可根据实际需要对其进行合理的 调整。这种采用并联组合的二通插装阀主级来组成油缸受控腔的排油阻力，是“液 阻理论”在工程实践中的一+ 种重要应用。 4 3 人字门启闭机液压控制回路 人字门控制回路也是一种典型的四通回路。 人字f j 油缸的二通插装阀主控制回路和电一液比例泵系统构成了对人字门 高压大流量液压系统优良的无级变速运行和控制。对人字门处于关终位或人字门 运行时，受到动水作用后复杂多变的控制要求将进步由该结构和人字门缸旁控 制凹路即多级平衡控制组合起来实现。 4 3 1 人字门液压启闭机二通插装阀控制回路分析 鹅2 4 虹共7 7 咀 f f d d p p v v 上海大学硕l 学位论文第四章液压启闭机液压系统分析 人字门控制回路也是种典型的四通回路，在主级控制回路中，根据人字 门油缸两个受控腔的技术特征，分别采用：二个主级阀：i ! ；面积比为 4 ，0 0 0 k g ； 弧门外形尺寸：4 0 0 0 m m ( 高) x 5 0 0 0 m m ( 宽1 注：无论是试验用弧门或人字门模拟油缸，它们的真实尺寸和重量以及液压 管道的主要尺寸及参数，都与真实产品有较大的差异，但是尽量接近实际的模拟 试验是必要的，有利于在现场进行进一步的测试后进行比较分析。 6 5 4 大型试验台( 见图6 1 0 ) 6 5 5 控制装置： p l c 可编程控制器；以及相应电气控制回路元件。采用h y e c l 0 0 型p l c 控制台； 6 5 6 检测装置：美国尼高力公司v i s i o n1 6 通道检测仪； 海人学硕士学位论义第六章液压启闭机液慷系统的买验研究 图6 9 试验用模拟弧门及人字fj 油缸装置 图6 1 0 大型试验台 第5 2 虹其7 7 海上学坝：学位论义 笫六章液脉启闭机浊惩系统的实验 1 f 究 图6 1 1 试验用电控装置 图6 1 2 试验用检测装置 海人学碗卜学位论文第六章液压启闭目【液坼系统的实验研究 6 6 试验报告 在本试验报告中列出了较为 详细数据，有关试验的曲线专 门编制有附件 “试验曲线汇总”。 6 7 试验分析 本试验的重点是对被试输水阀 图6 1 3 数据分析动态过程曲线 门和人字门主控阀块的稳念丌启和动态 响应性能，对试验进行初步的分析和研究，并在此纂础上为今后的现场试验 研究提供可参考数据。 对数据分析用的动态响应过程曲线简图见图6 1 3 ： 延迟时间 调节时问 峰值时间 上二升时间 允许误差陔值取稳态值的5 超调量 o p = ( h m a x - h 。) h 。4 1 0 0 i 输水阀门模拟试验( 比例阀加载及溢流阀加载) ： a 输水阀i 1 上行运行过程中不同负载阶跃变化试验数据 初始负载设定为8 0 b a r ，负载阶跃分别设定为2 0 b a r ，4 0 b a r ，6 0 b a r 负载变化 迟滞时间i ：升时间峰值时问调霄时间 超凋姑对应测试 p ( b a r )t d ( m s )x r ( r n s )t p ( m s )y s ( m s ) op ( ) 数据 2 02 0 03 0 03 5 05 0 06幽6 1 4 4 01 5 02 5 03 0 05 0 06 5幽61 5 r 6 07 51 5 01 6 05 0 08剀61 6 b 输水阀门上行肩动过程数据 p m n 即n 。 上海大学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 负载设定为1 1 0 b a r ，有关数据分析如下 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) p ( ) 据 3 0 03 5 05 0 06 0 01 9 图6 1 7 c 输水阀门上行停止过程试验数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 3 01 1 01 2 03 0 01 图6 1 8 d 输水阀门下行过程不同负载阶跃数据 初始负载值设定为6 0 b a r ，负载阶跃值设定为2 0 b a r ，3 5 b a r 负载变化迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试 a p ( b a i t d ( m s ) t r ( m s ) t p ( m s )t s ( 1 s ) op ( ) 数据 3 51 0 0l o o2 0 04 0 06 幽61 9 2 03 05 06 01 5 06 5 图6 ，2 0 e 输水阀门下行启动过程数据 迟滞时间上升时间峰值时间调= 营时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s ) t s ( m s ) op ( ) 据 9 09 51 0 01 5 02 0 图6 2 2 f 输水阀门下行停止过程数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s ) t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 4 05 06 08 0 l 图62 2 g 输水阀门下降背压下行转换至节流下降数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量 对应测试数 t d ( m s ) t r f m s ) t p ( m s )t s ( m s ) o p ( )据 8 51 4 01 6 02 5 01 5图6 2 3 第5 5 狐共7 7 弧 j ：海大学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 h 1 部分参数调整后有关数据： 节流口开口度增大时数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) oo ( ) 据 1 5 01 5 51 6 01 7 01 5 图6 2 4 2 先导液阻网络调整后数据 a 上行启动过程数据 f 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间 超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) 0p ( ) 据 4 55 06 01 5 0 5 0 图6 2 6 b 上行停止过程数据 f 迟滞时间上升时间峰值时间调节时问 超调量对应测试数 lt d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 8 01 4 01 5 01 5 0l 图6 2 6 c 下行启动过程数据 j 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 ft d ( m s )t r ( m s )t p ( r n s )t s ( m s ) op ( ) 据 i6 07 08 02 0 03 0 图62 7 d 下行停止过程数据 l 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 7 f d ( m s )t r ( m s ) t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 f9 01 1 01 2 01 2 01 图6 2 7 e 下行切换过程数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间 超调量对应测试数 t d f m s l t r ( m s )t p ( m s )v s ( m s ) op ( ) 据 1 0 01 2 01 4 02 0 01 5 图6 2 8 i i 输水阀门模拟试验( 模拟试验弧门装置) ： a 输水阀门上行运行过程中负载阶跃变化试验数据 上升过程中上腔压力阶跃设定为l o b a r 和4 0 b a r 。 l 海大学硕t 学位论史第六章液压启闭机液压系统的实验研究 负载变化迟滞时间上升时间峰值时间调节时间 超调量对应测试 a p ( b a t ) t d ( m s ) t r r m s ) t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 数据 1 01 6 02 8 03 0 03 0 02 图6 2 9 4 01 5 02 5 03 0 03 4 06 图63 0 b 输水阀门上行启动过程数据 负载设定为11 0 b a r ，有关数据如下 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )7 r ( m s )t p ( m s ) i s r m s 、op ( ) 据 71 03 04 0 02 0 图63 2 c 输水阀门上行停止过程试验数据 迟滞时间i ：升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 2 0 04 4 04 5 05 0 05 图6 _ 3 2 d 输水阀门下行过程负载阶越数据 初始负载值设定为1 8 0 b a r ，负载阶越值设定为1 0 0 b a r 负载变化迟滞时间上升时问峰值时间调苇时间超调晕对应测试 a p ( b a t ) t d ( m s )t r ( m s )x p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 数据 8 09 01 0 01 5 01 5 01 0 图6 3 3 e 输水阀门下行启动过程数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超凋量对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 5 0 06 0 06 0 06 0 01 图6 3 4 f 输水阀门下行停止过程数据 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量 对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) o o ( )据 2 0 02 3 02 7 02 5 01 图6 3 4 第六章液压启闭机液脏系统的实验研究 g 输水阀门下行背压下降转换至节流下降数据 迟滞时间上升时间峰值时问调节时间超调量 对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s ) z s ( m s ) op ( ) 据 1 0 03 0 02 0 0 4 0 02 0 蚓63 5 h部分参数调整后有关数据 1 节流口开口度减小数据 迟滞时间 ：升时间峰值时间调节时间 超调量对应测试数 t d ( m s )x r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 8 03 2 02 2 03 6 05 0 图63 6 2 先导液阻网络调整后数据分析 a 上行启动过程数据分析 迟滞时间上升时间峰值时间凋节时间 超调量 对应测试数 t d ( m s ) t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 3 0 09 8 01 0 0 01 1 0 0 l 图6 3 7 b 上行停l 上过程数据分析 j 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间 超调量对应测试数 lt d ( m s )t k m s )t p ( m s ) t s ( m s ) ot o ( ) 据 i2 5 02 0 09 0 4 0 0l 图6 3 8 c 下行启动过程数据分析 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量 对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s ) t s ( m s ) op ( ) 据 3 08 01 0 03 0 03 0 图63 9 d f 行停止过程数据分析 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量 对应测试数 t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 8 01 0 02 0 02 l o1 图6 4 0 e 下行切换过程数据分析 f 迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试数 jt d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 据 1 0 02 0 01 2 05 0 01 5 幽6 ，4 1 海大学碱士学位论文第六章液拄启闭机液肤系统的实验研究 i i i 人字门试验模拟( 比例阀加载) ： a 人字门丌门过程不同负载阶跃变化 1 额定流量为2 0 0 l m i n 状态下不同负载阶跃变化数据分析 负载变化迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试 a p ( b a t ) t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )z s ( m s ) op ( ) 数据 5 08 01 0 01 5 03 0 01 0 图6 ，4 2 8 07 01 0 01 2 03 5 01 5 图6 4 3 2 额定流量为4 0 0 l m i n 状态下不同负载阶跃变化数据分析 负载变化迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试 a p r b a t ) t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 数据 5 01 4 01 8 02 4 03 5 0 4 图6 4 6 8 02 2 02 7 03 0 04 0 07 图6 4 7 b 1 人字门关门过程负跃阶越变化 额定流量为2 0 0 l r a i n 状态下不同负载阶跃变化数据分析 负载变化迟滞时间上升时间峰值时间调节时间超调量对应测试 a p ( b a r ) t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 数据 5 01 0 01 2 01 5 03 0 0l o 图6 4 4 8 07 01 0 01 6 01 8 01 5图6 4 5 2 额定流量为4 0 0 l m i n 状态下不同负载阶跃变化数据分析 负载变化迟滞时间上升时问峰值时间调协时间超调量对应测试 a p ( b a r ) t d ( m s )t r ( m s )t p ( m s )t s ( m s ) op ( ) 数据 5 07 01 0 01 6 02 7 01 0 图6 4 8 8 09 01 2 01 4 03 0 08 图6 4 9 6 8 试验成果 通过对输水阀门和人字门实际产品在不同负载条件下的升降、关闭( 停止) 过程的详细试验和试验的测定数据表明 输水阀门和人字门的主控制集成控制阀组在接近工况应用的试验条件下， 全部试验曲线表明它们的开启和关闭过程是平稳的，未出现异常情况，试验的结 果是准确的，整个受试的控制结构( 回路) 具有良好的动态响应。无论是开启， 上海人学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 还是关闭过程，其过程调节时间均小于5 0 0 6 0 0 m s ，而且通过改变节流口的大 小和先导液阻网络的节流阻尼螺塞参数，还能使过程调节时间得到相应的改变。 这对大型液压启闭机而苦，是较重要的。提供给三峡的有关产品将能够满足它们 在高压大流量无级变速运行中准确、平稳开启、关闭以及具有较好的动态响应性 能。 试验还表明，作为e 述控制结构的基本元件，二通插装阀控制组件具有优 良的稳态和动态响应特性，通过对曲线的分析可以了解阀芯的开启和关闭情况， 完全能满足输水阀门和人字门控制回路的要求。 根据水利部南京水利科学研究院及国家电力公司郑州机械设计研究所三 峡项目部对长江三峡水利枢纽永久船闸金属及启闭机设备进行的有水调试水力 学监测成果( 第三次第十次) 报告，液压启闭机机、电、液各部分设备制造质 量是好的，各种动作的操作控制和运行正常，各功能参数能满足设计要求。 6 9 试验研究的小结 建立了较实际接近的试验模拟条件的试验台架，通过对输水阀门和人字门高 压火流量无级变速系统的基本性能的试验表明，现有提供给三峡人字门的液压系 统及其控制组合能够较好的满足系统无级变速以及具有良好的稳态开启和动态 响应与性能，从而保证满足输水阀门和人字门的运行技术要求。从现场实际运行 半年多的状况来看，本系统的研究开发是成功的。但限于长江三峡船闸的复杂运 行工况和动水试验条件的影响，只有在动水试验和实际使用中逐步得到认识，因 此后续的试验研究和理论分析仍是十分必须和重要的。 第6 0 撕共7 7 血 上海大学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 娜 ： l 拍 z ： ! 、 ”_ “_ - - _ 自_ _ _ _ 。_ _ k _ 。m “_ _ _ _ _ _ h _ _ - _ “_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。p h _ ”* _ h 。_ 。w ”_ m _ p _ - 。m ；螂矗蝴m k m， * ”4 搬 m ms 州t l f 裕1 刘# 1 4f ：许i 未鞭辍拽衔越蹙纯 i 1 0 * n 盆，：；：溢镒o ；：誓茹，一。：。；：_ 。：潲。：。_ 。汹一；汹一，。 2 蠛蛳2 姗0j o t 啦3 5 胁删 蓦n 8) l * “裕 劁6 ，l 奎籀木婀乳肆髓辘麓麟缀琵 鳓 l 0 l 瓣 童 = 丽； 0 ， 鳓： n ；，；i _ 二_ ”_ - ；“_ _ ；_ w _ i i ；二i ；_ ；i q - _ _ 茹_ ；二m _ q m m _ ；m _ - m m 赫 蹲搬目异f 埘0 黼 i x m 二粥 f “，弘) 蹦“。1 6 输承翔f 。盼进雅镪辘i 豺檄 一一* 蕺雠1 蘸霸7 虢耐l 蘸错4 一箍蜘4 第6 1 页共7 7 页 上海大学硕士学位论文 第六章液压启闭机液压系统的实验研究 t “ 、5 淄“1 糖承阐f “7 l | 箍霸过瓣 e i l 针 嘲6 1 8 辅承嗣l ! l 霹鲣f i 土曩褂 i ”m 。”“ j ”。v _ 一 - 。f “ 艇 抽+ j k 一一o * i m * 。 一 ，呻* j 晤， j p 柱， ；：”茁# a j m l 撼l 6 i ” 一鞭瓤f 镪艘瓣罐豫f 致 p p p 2 叶 p 第6 2 负共7 7 啦 上海人学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 。惫套潦缨嘟蛾糖懈 f i 每嚣嚣蕊= ：曩。 神! j 羲嘲l j 拳触 * l 裟 曲： 氍蜘。 ； 0 r 1 ”p “_ “十一一一 ，m 删3 埘 蛳蝴 1 琏蛐；相 3 毂姥 l i m s 雕“。2 0 i 。降过豁镌鹱融越盘他 1 8 0 褥 n 2 0 器l 。 ? 一帅 袖j ji n 。“_ h * _ 一“# “* # * * # “w _ _ _ _ * _ _ _ d * 目_ w h _ “十_ 一 ；f 愀t3 承* 瓣4 雌m 洲m，o f # 鞴 蝴# + 撤坤 t 1 澍6 。2 lf 濞给n 过氍 2 汹 l ： t 瞅“。2 2 、降私确趣纷l l 埴转1 赢磁f 龋利z 氧蝌j 幕赋 藉科5 圭塑盔兰婴! ：堂堡堡兰 笙查童塑生生塑垫堕堡墨竺塑塞箜婴塑 l w ， h l 7 0 ，。，m 。，。 3 0 ： j oj 0 h _ _ n _ _ ，”- n 呐_ _ h “h _ 4 _ - 神+ 4 日4 椭m 6 l l ；4 7 1 _ ! 删m n # 2 栅 帅 帅 7 q 轴 i 钳 z z 蚰 讹 嘲a 2 3 常鞭l 、酶切换警 i 璃f 蹲过秘 蛐。 a o 一十m 。 2 幔m2 2 艘2 糊婶 i 7 0 。f ， 一 ， 皇婚 = 柏 ? 0 矗2 4 鞭涟棼数救谯舫营坛扣姆埘撒薯再缒川簿 0 “一“ ? 0 2 “2 5 斡溉棼较- 絮变 嚣球f - 辩刎稚节裕龇洚 一j p ； 。2 p ： p t 第6 4 负共7 7 一 一。一 要 上海人学硕士学位论文 第六章液胜启闭机液脏系统的实验研究 1 l ： ：吼 i 0 【挪 m 。 哪 ? 拼j i 。 豫： 0 2 三鬻2 j _ 掣崎_ 盯- 一一一_ 溉黼辅攀谶叠： j 嘏。御l o o e 蚂m)h x j 嘲 i h i h ； j “ 【 写1 饥 乏璀 h 0 赫 暇 6 2 f j | 硪 霸熊搏小址稃 0 l ： 。z o i “, ( 1m m 岣锄魄潮斛# 0 瓣p f k 础 ! 摊 f 时z q 0 * ；鲫躜硪 i i l 拣i 疆i6 0 7p 潞躺霸艘钤 l 一锺档 吲 2 朝卜蹲蜘挣t 髓l ， 、辩 羧譬竹流 、潞 一? ；一 焉 一 i 一 上海大学硕上学位论文 第六章液压启闭机液压系统的实验研究 4 n ； j 0 + “- _ “_ _ “_ _ _ _ h h ” _ _ ，p “_ “ _ _ _ _ m “_ ，“_ h - _ ，_ _ _ _ _ _ * ， _ h 一一 徘m ) r i 7 7 8 c j 。8 i l 劁6 2 q 摊燃极门1 瓣i ：= 榉壤鹱黔越 j # m i ! 。= 口：m 一。一一。 蛾“i 一一一一一” l 挪j 三娜 锄t ， v o “- h _ h ”_ _ _ 。十_ * _ _ 。r “_ 十9 _ q _ * _ h - “_ _ ，_ 。 h “m # h 埘t # 忡8 f 啪 8 s 9 0 ；i i m 焖i # ) r 啦撕 f 黼“3 峻秣最“i ：鞋糠张像馥瞬越 ： j 帅 艄 写 蔓m 4 “ - 一。 r l ： i ” 一l j l - j 毫| 。j 。一 0 牡泓轴讪举。“一郴“岬蝴础蜥“4 一舢州一州啪州叶一 ! 删j3 ；婀 0f ) f f )f 辫r ! m ， m x t4 j 啦t ，l j h t ! f “鞋 、鳟圳挺越秽 第6 6 见共7 7 砸 ? m m | 一 l 妒 “ 一一 疵 一 m 黼瓣 黼 啡 翟g母， l 海大学硕士学位论文 第六章液糕启闭机液压系统的实验研究 1 k i i i - - - - - - - - - - 一 l - j 一。一。 i 三l 嘲 1 ：瓣： 哪j 0 + 柳： n - 岬。m _ “惭_ h - _ r 叶 _ q “r _ - 蚺嘞岫_ 目m 袖- 撬# * 。 m 02 0 t l os 0 黼8 f m i ! n “ 2 鳓 0 f m 、i 鲫 羔 。1 矾 煳b 3 2 濂永鹣f ”如功臻修i l 娃黜 f ) _ m _ p 一_ r ，_ 1 _ r _ + _ w 一。* ”“_ 9 5 档瓣鹪镕蝻0 l # l 帅 0 瓣0 坦辨 黼i 9 d i 黼 j 6 。 神 鳓 童 堂舶 睇 0 u 黼甜 黼6 3 3 秣fjp 簿远 l 镬铀辘 2 湖删7 蝴8 f l s 鹣i 6 3 4 输墩黼f 。潆域“幽秘韶i 静n 童豁 一鸨； 璇蜘2 最蛳。； 燕嘲4 * ”繇搿 ：海大学硕士学位论文第六章液压启闭机液压系统的实验研究 伽 8 8 ： ” 黼 p 一5 - 蝴j i l 1 2 0 t i 。i 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