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（2007 届）本科生毕业设计资料学 院、系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 彭 勇 班 级： 03-4班 学号 0340510412 指导教师姓名： 罗 中 平 职称 教 授 最终评定成绩： 二七年六月目 录第一部分 过程管理资料一、毕业设计课题任务书1二、本科毕业设计开题报告3三、本科毕业设计进展情况记录9四、本科毕业设计中期报告11五、毕业设计指导教师评阅表12六、毕业设计评阅教师评阅表13七、毕业设计答辩及最终成绩评定表14第二部分 设计说明书八、设计说明书- 3 -2007 届本科生毕业设计资料第一部分 过程管理资料2007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罗中平学生姓名彭 勇课题名称中型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PLC控制的电气控制系统。主要技术参数：公称力（最大压力）2000KN，回程力400 KN，顶出力350KN，液体最大工作压力25 Mpa，拉伸滑块行程700mm, 顶出活塞最大行程250mm, 滑块距工作台最大距离1100mm。二、 毕业设计图纸1. 2000KN四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1.了解液压机的现状和发展趋势。2.掌握液压机机械设计的一般过程。a.液压机及液压系统与其电气控制系统方案设计（工艺分析、原理图设计、总体布局）。b.技术设计（各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。）c.审核鉴定。3.了解常用的CAD设计软件，并能熟练运用一种CAD软件进行液压机机械设计。4.具备较强的自学能力、掌握独立获取、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、2006年12.8-2007年1.12查资料、写开题报告2、2007年1.13-2.20毕业实习、翻译英语资料3、2007年2.21-4.2总体方案设计、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、2007年4.3-5.82000KN液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、2007年5.9-5.31撰写设计说明书、论文6、2007年6.1-6.10准备答辩主要参考资料1.GB9166-88.四柱液压机精度.北京:国家标准局,19880505发布2.JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部,19850208发布3.许福玲、陈尧明主编。液压与气压传动（第二版），北京：机械工业出版社 2004.74.何存兴主编。液压与气压传动，武汉：华中科技大学出版社 2000.85.李爱华等主编。工程制图基础 北京：高等教育出版社，2003.86.钟毅芳等主编。机械设计，武汉：华中科技大学出版社 2001.27.朱理主编。机械原理，北京：高等教育出版社，2004.48.王伯平主编。互换性与测量技术基础，北京：机械工业出版社 2000.29.赵程、杨建民主编。机械工程材料，北京：机械工业出版社 2003.110.秦曾煌主编。电工学，北京：高等教育出版社，2003.211.李建兴主编.可编程序控制器应用技术. 北京：机械工业出版社 2004.712.李发海、王岩编著。电机与拖动基础（第二版）。北京：清华大学出版社.199413.陈远龄、黎亚元、傅国强主编。机床电气的自动控制 重庆大学出版社14.成大先主编。机械设计手册 单行本 机械传动。北京：化学工业出版社，200415.成大先主编。机械设计手册 单行本 常用设计资料。北京：化学工业出版社，200416.成大先主编。机械设计手册 单行本 联接与紧固。北京：化学工业出版社，200417.PLC在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 日湖 南 工 业 大 学本科毕业设计开题报告 （2007届）学 院、系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 彭 勇 班 级： 4班 学号 0340510412 指导教师姓名： 罗中平 职称 教 授 2007年 1 月 10 日- 3 -题目：中型四柱式万能液压机及液压系统设计1.课题任务情况，查阅文献资料，撰写15002000字左右的文献综述。（1）液压传动技术的研究发展动向及应用情况 液压传动技术的发展与研究动向随着科学技术的不断进步，目前液压技术正向着高压、高速、大功率、高效、低噪音、经久耐用、高度集成化的方向发展。由于计算机科学技术的成熟，一些新型液压元件和液压系统的设计都运用了计算机CAD、CAT、CDC、计算机实时控制、计算机仿真与优化等计算机辅助技术，很大程度上提高了产品设计的质量。虽然液压传动技术方便简洁，但是液压传动中存在着一些亟待解决的问题，如：液压系统工作时的稳定性、工作介质的泄漏、液压冲击对设备可靠性的影响等等，这些问题都是液压传动技术需要研究和解决的。任何技术的改革和创新，都必须以稳定、可靠的工作为前提，这样才具有它的实际意义。 液压传动技术的应用液压传动技术发展到今天已经拥有较为完善的理论和实践基础。虽然液压传动还存在一些缺陷，但总体上优点还是盖过了缺点。正因为液压传动具有很多机械传动所不具备的优点，液压传动技术在机械工业的各个领域得到了广泛的应用，如：矿山机械、工程机械、冶金机械、建筑机械、起重机械等。液压技术的应用实现了从手动到半自动化、自动化的逐步发展，从而也推动了机械工业的向前发展。在整个机械传动工程中，液压传动技术扮演了举足轻重的角色。 （2）液压传动的特点 液压传动的优点液压传动技术与传统的机械传动相比，液压传动操作方便简单，调速范围广，很容易实现直线运动，具有自动过载保护功能。液压传动容易实现自动化操作，采用电液联合控制后，可以实现更高程度的自动控制以及远程遥控。液压传动系统可以灵活布置各个元件，由于工作介质为矿物油，良好的润滑条件延长了元件的使用寿命。 液压传动的缺点由于液压传动的工作介质是流体矿物油，因而沿程、局部阻力损失和泄漏较大，泄漏的矿物油将直接对环境造成污染，有时候还容易引发各种安全事故。液压油受温度的影响很大，因而不能在很高或很低的温度条件下工作。因为液压油存在一定的压缩性，所以液压传动的传动比不恒定，不能保证很高的传动精度。密封状况的好坏对液压传动影响很大，因而液压元件必须具有较高的制造精度。液压传动的故障排除不如机械传动、电气传动那样容易，因此对维护人员有较高的技术水平要求。 （3）四柱液压机的基本情况概述目前四柱液压机在我国主要用于实现塑性材料的压力加工工艺如：冷挤、校直、弯曲、冲裁、拉伸等。此外液压机还用于粉末冶金、翻边、压装等成型工艺。液压机按工作介质的不同可分为油压机和水压机，前者的压力传导是通过油液来实现，而后者则靠乳化液实现，因工况要求的不同来选择不同类型的液压机。四柱液压机由电气控制系统、液压控制系统、主机三部分组成，通过液压油管和电气装置的构成统一整体。其中电气控制系统由电控箱、操作箱、电气管道等构成；液压控制系统由动力机构、液压管道、限位装置、液压元件等构成；主机则由机身、主缸、顶出缸等构成。一般情况下液压机完成一次工作循环包括如下主要动作：主缸活塞滑块快速下行主缸活塞滑块慢速下行并逐渐加压主缸保压主缸卸压主缸活塞滑块快速回程顶出缸活塞顶出顶出缸活塞回程。在拉伸薄板时，胚料还需要顶出缸压紧，这样的工况就要求顶出缸保持一定的压紧力并随着主缸一起下行。如果没有达到所需的加工精度，可以通过调节锁紧螺母和调节螺母来调整液压机的加工精度。（4）四柱液压机的工作原理及过程 主缸 快速下行按下启动按钮，相应的电磁阀得电吸合，主缸活塞滑块在自重作用下快速下行。此时仅靠液压泵供油是不能满足快速下行的要求的，必须靠位于主缸顶部的辅助油箱供油来补充上腔形成的局部真空。 慢速加压当主缸活塞滑块下行到一定位置并压下行程开关时，相应的电磁阀得电，辅助油箱供油结束，转为液压油泵为主的供油形式，完成快速下行向工进的转换。主缸活塞滑块不断下行最终会抵住工件，阻力急剧增大，主缸上腔的压力提高。 主缸保压当主缸上腔的油压达到设定压力值后，压力继电器发出信号，相应的电磁阀得电，阀芯回到中位密封上下油腔，靠单向阀完成保压功能。 主缸卸压保压一段时间后，保压过程结束，时间继电器发出信号，使相应的电磁阀得电，主缸活塞处于回程状态。由于上腔的压力很高，为了防止液压冲击，应将上腔先卸压再让主缸活塞回程。采用带卸荷小阀芯的液控单向阀将高压油泄回油箱，使主缸上腔的高压油的压力降到较低值，实现主缸活塞的安全快速回程。 顶出缸 活塞顶出主缸活塞滑块回程完毕后，按下顶出按钮，相应的电磁阀得电，这时顶出缸下腔进油，活塞上升将工件顶出。 活塞回程工件顶出后，按下回程按钮，使控制回程的电磁阀得电，上腔进油，活塞下降，回程完成。 浮动压边在进行薄板拉伸时，要求顶出缸有一定的压力将胚料压住并随主缸活塞滑块一起下行。浮动压边可满足薄板拉伸时的压紧要求。（5）四柱液压机系统的特点及应用范围 四柱式液压机系统的优点 该液压系统采用的液压泵具有高压、大流量、恒功率、变量等特点，满足工艺要求并节省能耗； 该液压系统能够准确控制并完成零件的压力加工，加工质量可以通过调节设备来保证； 主缸活塞滑块的快速下行靠自重作用来完成，通过辅助油箱补充油液来填充局部真空。这样的快速运动回路结构简单，运用的液压元件少； 液压机运用单向阀完成主缸的保压功能，采用带有卸荷小阀芯的液控单向阀构成泄压回路，完成主缸的卸压； 液压机的主缸与顶出缸运动互锁。即主缸运动时顶出缸是不能够运动的，反过来也一样。这样可以提高液压机工作中的安全性和稳定性； 液压机的液压和电气控制采用按钮集中控制，可实现调整、手动、半自动等操作工艺，简单明了。 四柱式液压机系统存在的不足 液压机属于高压工作设备,进行零件的压力加工时,随着压力的不断升高泄漏也会不断增大,这样不利于保证零件的加工精度，同时对环境也造成污染； 液压机压力加工完成后，卸压时存在很大的液压冲击，对设备损害很大； 按下液压机启动按钮后，执行部件并不能够立刻动作，还需有一段“反映时间”，动作灵敏性不及电气控制； 液压机出现故障不容易及时找到并排除，给维护带来很大的技术难题和不便； 液压机工作时会形成液压冲击、气蚀等现象，形成了噪音，不利于营造好的工作环境。 四柱液压机的应用液压机主要用于可塑性材料的压制，如：冲压、拉伸、弯曲、翻边、热挤压、校正、压装成型、粉末制品压制成型、磨料制品压制成型以及塑料制品的压制成型等压力加工工艺。参考文献1 GB9166-88.四柱液压机精度.北京:国家标准局2 JB3915-85.液压机安全技术条件.北京:中华人民共和国机械工业部3 许福玲、陈尧明主编.液压与气压传动（第二版）.北京：机械工业出版社4 章宏甲、黄谊、王积伟主编. 液压与气压传动.机械工业出版社2.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案。（1）选题依据 主要技术要求参数：公称力（最大压力）2000KN，回程力400 KN，顶出力350KN，液体最大工作压力25 Mpa，拉伸滑块行程700mm, 顶出活塞最大行程250mm, 滑块距工作台最大距离1100mm。 主要用途：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、冲压、弯曲、翻边、校正等工艺。（2）主要研究的内容和所要实现的设计目标 选择合理的液压系统设计方案（工艺方案设计、液压系统原理图设计、液压站总体布局设计、总体布局设计）满足液压系统的使用性能和安全要求； 技术设计（各组成部分及液压系统的控制系统设计、电气控制系统设计、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）； 选择合理的材料、液压元件和制造加工工艺； 整个液压机系统的设计要满足拆装方便，便于运输的要求； 通过液压传动控制系统和电气控制系统对主机进行动作循环控制，使液压机能够准确如下动作：主缸活塞滑块快速下行、主缸活塞滑块慢速加压、主缸保压、主缸卸压、主缸活塞滑块回程、顶出缸活塞顶出、顶出缸活塞退回； 设备设计达到布局合理，结构紧凑、工作稳定可靠、操作简单、维护方便、污染小、噪音低、自动化程度高等要求； 能够完成冲压、冷挤、校直、弯曲、粉末冶金压制成型、薄板拉伸、压装成型等加工工艺要求。（3）设计的基本思路、方案分析、理解设计任务书的要求查阅相关资料初步拟订设计方案设计方案对比并确定最佳方案参数的设计计算零件设计装配图草图零件草图绘制零件图绘制装配图编写设计说明书结语：四柱液压机解决了塑性材料的产品成型问题。高的工作压力是该设备工作时的特点，泄漏的液压油将污染环境，液压冲击现象将影响设备安全稳定的工作。这些不足之处将是液压机今后值得进一步研究和改进的问题。3.工作进度及具体安排。2006年12.82007年1.12 完成开题报告，上交指导老师。2007年1.132.20 查阅资料，翻译英语资料。2007年2.214.2 衡阳起重运输机械有限公司实习；四柱液压机总体方案设计、液压系统原理图设计、液压元件参数确定及选取，其他参数确定及设计。2007年4.35.8 四柱液压机装配图、液压系统原理图、电气系统控制图以及其他零部件图绘制。2007年5.95.31 撰写设计说明书、论文并打印，完成初步装订工作。2007年6.16.10 修改完善，准备答辩。4.指导教师意见指导教师： 年 月 日- 9 -本科毕业设计进展情况记录毕业设计题目： 中型四柱式液压机及液压系统设计 班级： 03-4_学号：_0340510412_ 学生：_ 彭 勇_指导教师： 罗中平 时 间任务完成情况指导教师意见 第七学期第 14 周至第 18 周 指导教师签名： 年 月 日 第七学期第 19 周至第 20 周指导教师签名： 年 月 日 第八学期第 5 周至第 9 周指导教师签名： 年 月 日 第八学期第 10 周至第 12 周指导教师签名： 年 月 日 第八学期第 13 周至第 14 周指导教师签名： 年 月 日第八学期第 15 周至第 周指导教师签名： 年 月 日- 10 -本科毕业设计中期报告 填表日期：2007年 5 月8日院（系）机械工程学院班 级机设03-4学生姓名彭 勇课题名称： 中型四柱式液压机及液压系统设计课题主要任务： 主机工作原理分析、总体方案设计、零部件设计； 液压系统工作原理分析和总体方案设计； 液压系统参数计算、液压元件型号的选择、液压站布局设计，重要液压元件的具体设计； 电气控制系统设计。1、简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果 查阅相关的资料； 外文资料翻译； 实习报告、实习日记； 液压机总体方案设计、液压系统设计、电气系统设计； 零部件设计； 完成一部分零部件图的绘制；2、下一步的主要研究任务，具体设想与安排 完善液压系统和电气控制系统的控制方案设计； 设计说明书的撰写； 零、部件设计图纸的绘制。3、存在的具体问题 电气控制系统中控制电路的设计； 主机总体装配图。4、指导教师对该生前期研究工作的评价指导教师签名：日 期： - 12 -本科毕业设计- 14 -毕业设计指导教师评阅表院（系）：机械工程学院 学生姓名彭 勇学 号0340510412班 级03-4专 业机械设计制造及其自动化指导教师姓 名罗中平课题名称中型四柱式液压机及液压系统设计评语： 是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日毕业设计评阅教师评阅表院、系： 机械工程学院 学生姓名彭 勇学 号0340510412班 级03-4专 业机械设计制造及其自动化课题名称中型四柱式液压机及液压系统设计评语： 针对课题内容给设计者（作者）提出3个问题，作为答辩时参考。1.2.3.评 分：是否同意参加答辩是 否评阅人签名： 年 月 日毕业设计答辩及最终成绩评定表院、系（公章）：机械工程学院 学生姓名彭 勇学号0340510412班级03-4答辩日期课题名称中型四柱式液压机及液压系统设计指导教师罗中平成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值：78答辩小组长签名：答辩成绩a： 783023.40指导教师评分分值：82指导教师评定成绩b： 825041.00评阅教师评分分值：84评阅教师评定成绩c： 842016.80最终评定成绩： 分数： 81 等级：良答辩委员会主任签名： 年 月 日 2007届本科生毕业设计资料第二部分 设计说明书附录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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