《《液壓控制系統(tǒng)》課程設(shè)計自動壓磚機喂料車液壓控制系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《液壓控制系統(tǒng)》課程設(shè)計自動壓磚機喂料車液壓控制系統(tǒng)設(shè)計（26頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、《液壓控制系統(tǒng)》課程設(shè)計說明書 《液壓控制系統(tǒng)》設(shè)計任務(wù)書 一、液壓控制系統(tǒng)設(shè)計的目的 1、鞏固和深化已學(xué)的理論知識，掌握液壓控制系統(tǒng)設(shè)計計算的一般方法和步驟。 2、熟悉并會用有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計手冊和產(chǎn)品樣本等技術(shù)資料 二、題目及要求 自動壓磚機喂料車液壓控制系統(tǒng)設(shè)計 設(shè)計原始數(shù)據(jù)如下表所示。 數(shù) 參 據(jù) 數(shù) 數(shù) 據(jù) I II III IV V 車料總重量（kN） 120 160 250 220 200 快進(jìn)速度（mm/s） 12 6 10 8 14 工進(jìn)速度（mm/s） 6 3

2、 5 4 7 快退速度（mm/s） 24 12 20 16 28 慢退速度（mm/s） 14 8 12 10 16 系統(tǒng)頻寬f0.7（Hz） 3 2.5 2 1.5 1 速度精度（mm/s） 1.6 0.8 1.2 1 2 試完成以下工作： 1、全面了解被控對象，進(jìn)行工況分析。 2、確定控制方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖。 3、系統(tǒng)計算，選擇液壓控制系統(tǒng)各元件。 4、系統(tǒng)建模仿真，控制器設(shè)計 5、編寫液壓控制系統(tǒng)設(shè)計說明書。 自動壓磚機喂料車系統(tǒng)示意圖如下： 2 1 1-上料車 2-傳感器 第一章 緒論 1.1

3、微機控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1.1.1電液比例控制技術(shù)概述 微電子技術(shù)的發(fā)展使微機、超大規(guī)模集成電路和傳感器技術(shù)有突破性進(jìn)展，全世界已進(jìn)入以機電液一體化為核心的設(shè)備革命階段，上程機械實現(xiàn)機電液一體化是其發(fā)展的必然趨勢。近年來上程機械的發(fā)展主要是操縱和控制機構(gòu)的改進(jìn)。要解決控制問題，只從機械和液壓角度來考慮很難使產(chǎn)品有質(zhì)的飛躍，必須引入具有良好控制性能和信息處理能力的電子技術(shù)或電液轉(zhuǎn)換技術(shù)。 因此，計算機技術(shù)和控制理論對液壓控制技術(shù)的發(fā)展顯得日益重要，現(xiàn)代液壓控制技術(shù)從第二次世界大戰(zhàn)以后得到迅速發(fā)展。到60年代后期，各類民用工程對電液控制技術(shù)的需求，顯得更加迫切與廣泛。但是，由

4、于傳統(tǒng)的電液伺服閥對流體介質(zhì)清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費用比較高昂，系統(tǒng)能耗也比較大，難以被各工業(yè)用戶所接受;而傳統(tǒng)的液壓開關(guān)量控制又不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求，工程技術(shù)實際迫切需要開發(fā)一種可靠、價廉、控制精度和響應(yīng)特性好的控制形式。電液比例控制技術(shù)正是為了適應(yīng)這一要求，從60年代末迅速發(fā)展起來的。電液比例控制技術(shù)是電液控制技術(shù)的一項新發(fā)展，是連接現(xiàn)代微電子技術(shù)和大功率工程控制設(shè)備之間的橋梁，已成為機電一體化技術(shù)的重要內(nèi)容和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)構(gòu)成之一。德國博世公司開發(fā)的農(nóng)業(yè)拖拉機液壓提升器電子控制系統(tǒng)，引入了比例閥、可編程控制器和數(shù)據(jù)總線技術(shù)，使其電控系統(tǒng)功能更加完善，成本顯著降

5、低，迅速占領(lǐng)了歐美各種拖拉機的應(yīng)用市場。 比例技術(shù)的發(fā)展大致可以劃分為三個階段: 從1967年瑞士Beringer:公司生產(chǎn)KL比例復(fù)合閥起，到70年代初日本油研公司申請了壓力和流量比例閥二項專利為止，標(biāo)志著比例技術(shù)的誕生時期。這一階段的比例閥僅僅是將比例型的電一機械轉(zhuǎn)換器，如比例電磁鐵代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓閥的開關(guān)電磁鐵或手調(diào)螺桿機構(gòu)而已。閥的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計準(zhǔn)則兒乎沒有變化，大多數(shù)不含內(nèi)反饋閉環(huán)。其工作頻寬也僅在1~5SHz之間，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)在4%~7%之間。多用于開環(huán)控制，這個時期的閥可以稱之為早期比例閥。 從1975年到1980年間可以認(rèn)為比例技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了第二階段。采用各種內(nèi)

6、反饋原理的比例器件大量問世耐高壓比例電磁鐵和比例放大器在技術(shù)上也日趨成熟，比例器件的工作頻率已達(dá)5~15Hz，穩(wěn)態(tài)滯環(huán)減小到3%左右?？捎糜陂_環(huán),閉環(huán)控制,應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。 80年代，比例技術(shù)進(jìn)入了發(fā)展的第三階段。比例器件設(shè)計原理進(jìn)一步完善，采用壓力、流量、位移內(nèi)反饋和動壓反饋及電校正等手段，使閥的穩(wěn)態(tài)精度、動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性都有了進(jìn)一步的提高。除了因制造成本所限，比例閥在中位保留死區(qū)以外，它的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性均已和工業(yè)伺服閥沒多大區(qū)別。另一項重大進(jìn)展是，比例技術(shù)開始和插裝閥控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出各種不同功能和規(guī)格的二通、三通型比例插裝閥，形成了80年代的電液比例插裝技術(shù)的新特征。同時，

7、由于傳感器和電子技術(shù)的發(fā)展還出現(xiàn)了電液一體化的比例器件。電液比例技術(shù)逐步形成了80年代的集成化趨勢。第三個值得指出的進(jìn)展是電液比例容積器件，各類比例泵比例控制馬達(dá)相繼出現(xiàn)，為大功效工程控制系統(tǒng)的節(jié)能提供了技術(shù)基礎(chǔ)。 進(jìn)入90年代以后，國外的比例閥（電反饋）的工作頻寬大多在10 Hz以上。如德國REXROTH公司生產(chǎn)的力士樂4WRE10型/10系列電液比例方向流量閥，對不同的電信號可輸出不同的流量。 1.1.2電液比例控制系統(tǒng)特點 所謂電液比例控制系統(tǒng)是指在應(yīng)用流體傳動與控制的工程系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)的輸出量，如：壓力、流量、位移、速度、加速度、力、力矩等，能由輸入控制信號連續(xù)

8、成比例的控制。都可稱為電液比例控制系統(tǒng)。在電液比例控制系統(tǒng)中，主控元件可以有無限種狀態(tài)，分別對應(yīng)于受控對象的無限種運動。電液比例控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元件一電液比例閥，它與電液伺服閥相比較，價格便宜、功率損失小、抗污染能力強；在控制特性上，除控制精度及響應(yīng)快速性方面不如伺服閥外，其他方面的性能和控制水平與伺服閥相當(dāng)。其靜、動態(tài)特性足以滿足大多數(shù)工業(yè)的應(yīng)用要求。與傳統(tǒng)的液壓控制閥比較，雖然價格較貴，但較高的頻寬、良好的控制精度和較快的響應(yīng)指標(biāo)能得到補償。因此，在控制較復(fù)雜，特別是要求有高質(zhì)量控制水平的地方，傳統(tǒng)液壓閥逐漸被比例閥代替。 電液比例控制系統(tǒng)式電子一液壓一機械（E-H-M）放大轉(zhuǎn)換系

9、統(tǒng)。從控制特性看，更接近于伺服控制系統(tǒng)；從經(jīng)濟(jì)性和可靠性看，更接近于開關(guān)控制系統(tǒng)。其特點為： （1）能實現(xiàn)快速平穩(wěn)的開環(huán)控制，特別是大慣量控制，如液壓電梯；也能實現(xiàn)精確的閉環(huán)控制，獲得精密的工件或完成精細(xì)的工作要求，如氣輪機進(jìn)氣閥位置比例控制；還可以實現(xiàn)高精度的同步控制，其控制精度可達(dá)0.02mm。 （2）兼?zhèn)淞穗姎夂碗娮蛹夹g(shù)的快速性、靈活性和液壓技術(shù)功率大的雙重優(yōu)點控制性能好，傳動能力大。 （3）可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜程序控制，降低費用，改善控制過程品質(zhì)，提高可靠性，縮短工作循環(huán)時間。對一些較復(fù)雜的工作循環(huán)，要求在工作過程中不斷改變壓力或速度，采用電液比例控制

10、技術(shù)不僅能大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且可提高系統(tǒng)性能。 （4）比例放大器中有斜坡信號發(fā)生器，以設(shè)定的階躍作為輸入信號，使斜坡信號發(fā)生器產(chǎn)生一個緩慢上升的或下降的輸出信號，輸出信號的變化速率通過電位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)被控系統(tǒng)工作壓力、速度、加速度等的無沖擊緩沖過渡，避免大的振動和沖擊。對位置系統(tǒng)來說可以準(zhǔn)確定位。 （5）能實現(xiàn)按比例地控制液流的方向、流量的壓力，還可以連續(xù)成比例地實現(xiàn)流量、壓力與方向三者之間的多種復(fù)合控制功能。 （6）可以改善主機的設(shè)計柔性，實現(xiàn)多通道并行控制。例如：工程機械中的多路閥通常必須集中設(shè)置，而不得不使執(zhí)行元件的連接管路延長，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和管路損

11、失，對系統(tǒng)的動態(tài)特性不利。采用電液比例控制閥代替多路閥，則可將閥布置在最合適的位置，客服上述缺點。 （7）便于計算機控制，便于建立故障診斷專家系統(tǒng)，容易實現(xiàn)系統(tǒng)智能化。同時，電液比例控制系統(tǒng)也存在一些缺點： 1）與開關(guān)控制相比，其技術(shù)實現(xiàn)較復(fù)雜；與伺服系統(tǒng)相比，其控制精度低，響應(yīng)速度慢。 2）電液比例閉環(huán)控制系統(tǒng)易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。 3）死區(qū)范圍較大。 1.1.3電液比例位置控制系統(tǒng) 電液比例位置控制系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，其控制量是位移和轉(zhuǎn)角。工程實際應(yīng)用中，位置和轉(zhuǎn)角控制裝置通常由帶位置反饋的節(jié)流閥、比例方向閥等組成。另外，同步控制實質(zhì)上屬于一種特

12、殊的位置控制。電液比例位置控制系統(tǒng)的構(gòu)成可以簡化如圖1.1所示。 電液比例位置控制系統(tǒng)一般由液壓動力源、控制機構(gòu)、控制對象和位置控制器組成?？刂茩C構(gòu)由電液比例閥、液壓缸（液壓馬達(dá)）和負(fù)載三部分組成。位置控制器由計算機或單片機、信息整形、位移反饋、校正裝置和抗干擾回路五部分組成。其中，位移反饋由位移傳感器組成。計算機或單片機中存儲有給定位移曲線，通過函數(shù)發(fā)生器發(fā)生指令；信息整形用于提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性。校正裝置用于提高系統(tǒng)的靜、動態(tài)品質(zhì)。抗干擾回路用來消除未來干擾。 圖1.1電液比例位置控制系統(tǒng)構(gòu)成 電液比例位置控制系統(tǒng)可分為定位控制、跟蹤控制和保持控制三類。定位

13、控制是使執(zhí)行元件定位于預(yù)定位置的控制，其目標(biāo)位置恒定。跟蹤控制是使執(zhí)行元件在某一時刻定位于特定的位置上的控制，其目標(biāo)是隨著輸入指令信號連續(xù)變化的。位置保持控制是把執(zhí)行元件移到所需要的位置后將其固定在該位置的控制類型。電液比例位置控制系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)與伺服系統(tǒng)相似，即穩(wěn)定速度、位置誤差系數(shù)、響應(yīng)時間或穿越頻率等。 1.2國內(nèi)外壓磚機技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 由于液壓壓磚機的液壓系統(tǒng)和整機結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外液壓壓磚機機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)液壓壓磚機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率等方面提供了可能。相比來講，國內(nèi)機型雖種類齊全，但技術(shù)含量較低，缺乏技術(shù)

14、含量高的高檔機型，這與機電液一體化，中小批量柔性生產(chǎn)的發(fā)展趨勢不相適應(yīng)。 在國內(nèi)外液壓壓磚機產(chǎn)品中，按照控制系統(tǒng)，液壓壓磚機可分為三種類型：一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型液壓壓磚機；一種是采用可編程器控制的液壓壓磚機；第三種是應(yīng)用高級微處理器（或工業(yè)控制計算機）的高性能液壓壓磚機。三種類型功能各有差異，應(yīng)用范圍也不盡相同。但總的發(fā)展趨勢是高速化、智能化。 （1）繼電器控制方式是延續(xù)了幾十年的傳統(tǒng)控制方式，其電路機構(gòu)簡單，技術(shù)要求不高，成本較低，相應(yīng)控制功能簡單，適應(yīng)性不強。其適用于單機工作、加工產(chǎn)品精度不高的大批量生產(chǎn)（如餐具、廚具產(chǎn)品等），其它可組成簡單的生產(chǎn)線，但由于電路的限制

15、，穩(wěn)定性、柔性差?，F(xiàn)在，國內(nèi)許多液壓壓磚機廠家是以這種機型為主，使用對象多為小型加工廠，或加工精度要求不高的民用產(chǎn)品。國外眾多廠家只是保留了對這種機型的生產(chǎn)能力，而主要面向以下兩種技術(shù)含量高的機型組織生產(chǎn)。 （2）可編程控制器是在繼電器控制和計算機控制發(fā)展的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動化技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)溶為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。目前已被廣泛的應(yīng)用于各種生產(chǎn)機械以及自動化生產(chǎn)過程中。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器的功能更加豐富。早期的可編程控制器在功能上只能進(jìn)行簡單的邏輯控制。后來一些廠家開始采用微電子處理器作為可編程控制器的的中央處理單元（C

16、PU），從而擴大可控制器的功能，使其不僅可以進(jìn)行邏輯控制，而且還可以對模擬量進(jìn)行控制。因此，可編程控制器控制方式是介于繼電器方式和工業(yè)控制機控制方式之間的一種控制方式。可編程控制器有較高的穩(wěn)定性和靈活性，但在功能方面與工業(yè)控制機相比有一定的差異?，F(xiàn)在，國內(nèi)有些廠家采用可編程控制方式，如天津鍛壓機械廠有近60%的產(chǎn)品裝有PLC。通過采用PLC控制，使系統(tǒng)的控制性能和可靠性大大提高。國外廠家如丹麥的STENHQ公司采用了SLEMENS的可編程控制器，實現(xiàn)對壓力和位移的控制。 （3）工業(yè)控制機控制方式是在計算機控制技術(shù)成熟發(fā)展的基礎(chǔ)上采用的一種高技術(shù)含量的控制方式。這種控制方式以工業(yè)控制機或

17、單片/單板機作為主控單元，通過外圍接口器件（如A/D，D/A板等）或直接應(yīng)用數(shù)字閥實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)的控制，同時利用各種傳感器組成閉環(huán)回路式的控制系統(tǒng)，達(dá)到精確控制的目的。這種控制方式的主要特點如下： 1、具有友好的人機交互性，操作簡單。如BROWN BOGGS公司的產(chǎn)品，可通過數(shù)字面板顯示輸入壓力、快進(jìn)和回程速度、壓制速度及保壓/停機時間參數(shù)，極大減輕了勞動強度。 2、控制精度高。數(shù)字控制的行程長度及工作與傳統(tǒng)的機械式的行程開關(guān)控制相比，精度有極大的提高。一般控制精度可達(dá)到0.05mm。 3、易于實現(xiàn)高速化，提高生產(chǎn)效率。如美國的FERRA公司通過采用電子微處理控

18、制方式，工作循環(huán)比以前快60%。 4、可順利實現(xiàn)對工作參數(shù)（壓力、速度、行程等）的單獨調(diào)整。通過對控制參數(shù)的單獨控制，調(diào)整被加工材料的流動，能進(jìn)行復(fù)雜工件、不對稱工件的加工。 5、預(yù)存工作模式，可對不同工件的工藝流程、工藝參數(shù)預(yù)先存儲和重復(fù)調(diào)用，縮短調(diào)整時間。這與柔性加工要求適應(yīng)。 6、對高速下的換向沖擊可利用軟件來消除，以降低噪聲，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 7、在安全方面，可利用軟件進(jìn)行故障預(yù)診斷，并自動修復(fù)故障和顯示錯誤。如STENHQF的機型和BROWN BOCCS公司都有此項功能。 8、易實現(xiàn)生產(chǎn)線的集成控制，組成柔性生產(chǎn)線及與上位機進(jìn)行通訊

19、和實現(xiàn)調(diào)度控制?，F(xiàn)在，國外眾多液壓壓磚機生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這種高性能的工業(yè)控制機控制方式的液壓壓磚機產(chǎn)品，如美國MULTI-PRESS，丹麥STENHQJ及加拿大的BROWN BOGGS等公司。正是因為采用這種先進(jìn)的控制方式，使整機的控制性能，生產(chǎn)效率都有很大的提高。而與國外發(fā)展情況相比，國內(nèi)極少有采用工業(yè)控制機控制方式的產(chǎn)品，成熟的產(chǎn)品是采用可編程序控制器（PLC）的控制方式。 液壓壓磚機發(fā)轉(zhuǎn)趨勢： （1）高速化、高效化、低能耗。提高液壓壓磚機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 （2）機電液一體化。充分利用機械和電子方面的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個液壓系統(tǒng)的完善。 （3）自動化、智能化。微

20、電子技術(shù)的高速發(fā)展為液壓壓磚機的自動化和智能化提供了充分的條件。自動化不僅僅體現(xiàn)在加工，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理的功能。 （4）液壓元件集成化，標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效地防止泄露和污染。標(biāo)準(zhǔn)化的元件為機器的維修帶來了方便。 1.3本設(shè)計研究的目的和意義 從國內(nèi)液壓壓磚機發(fā)展現(xiàn)狀來看，目前國內(nèi)采用工業(yè)控制機控制方式的液壓壓磚機還不是太多。因此，本論文基于工業(yè)控制機和電液比例技術(shù)的優(yōu)點于一體，從工程應(yīng)用角度出發(fā)，采用微機控制的電液化比例控制系統(tǒng)對液壓壓磚機喂料車進(jìn)行速度控制；以提高喂料車的速度精度，應(yīng)用電液比例控制技術(shù)進(jìn)行液壓系統(tǒng)設(shè)計，

21、探討了微機控制的電液比例控制系統(tǒng)的一般原理和方法。該速度控制系統(tǒng)還可以推廣應(yīng)用到其它位置控制系統(tǒng)中，具有相當(dāng)?shù)睦碚搩r值和實際意義。 本課題是典型的機、電、液、計算機一體化的自動控制系統(tǒng)，恰恰順應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展趨勢。因此微機電液比例控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究對提高喂料車的控制性能、速度精度具有重要的理論價值和工程意義。 1.4本設(shè)計設(shè)計的主要內(nèi)容 （1） 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計； （2） 液壓系統(tǒng)原理圖的繪制； （3） 液壓元件的選擇； （4） 液壓站的組成； （5） 系統(tǒng)建模仿真及控制器的設(shè)計。 第2章 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計 2.1喂料車液壓系統(tǒng)分析 液壓機是用

22、來對金屬、木材、塑料等材料進(jìn)行壓力加工的機械，也是最早應(yīng)用液壓傳動的機械之一，應(yīng)用液壓機可以進(jìn)行沖剪、彎曲、翻邊、拉深、裝配、冷劑、成型等多種加工工藝。液壓傳動目前已成為壓力加工機械的主要傳動形式。液壓機液壓傳動系統(tǒng)是以壓力控制為主的系統(tǒng)，由于液壓傳動用于機器的主傳動，系統(tǒng)壓力高、流量大、功效大，因此特別要注意提高系統(tǒng)的功率，而其要防止卸壓時產(chǎn)生的沖擊。 而全自動液壓壓磚機是液壓機中的一種重要類型，在壓磚機中主要的運動是喂料車的推轉(zhuǎn)、裝料運動，動橫梁（或沖頭）的壓制、排氣、回程及頂出裝置的升降運動，在壓機的喂料車及動橫梁的運動中引入電液比例控制技術(shù)，不僅可以簡化系統(tǒng)、易于編程，而且在往復(fù)運動

23、中，可以減少換向沖擊，提高換向精度。 2.2 喂料車動作要求 喂料車根據(jù)其工作循環(huán)要求有快進(jìn)、工進(jìn)、快退、慢退以及停留在行程任意位置等基本動作，喂料車工作循環(huán)圖如圖2.1所示。 圖 2.1喂料車工作循環(huán)圖 喂料車相關(guān)參數(shù)： 車料總重量（kN） 250 快進(jìn)速度（mm/s） 10 工進(jìn)速度（mm/s） 5 快退速度（mm/s） 20 慢退速度（mm/s） 12 系統(tǒng)頻寬（） 2 速度精度（mm/s） 1.2 摩擦系數(shù) 0.05 喂料車行程(mm)

24、 1000 根據(jù)以上要求以及自己設(shè)定的數(shù)據(jù)得下表 表 2.1負(fù)載分析表 時間段 時間/s 位移/mm 合力/N 0～t1 5 25 12500 25 12525 t1～t2 80 400 12500 0 12500 t2～t3 10 75 12500 12.5 12512.5 t3～t4 45 450 12500 0 12500 t4～t5 10 50 12500 20.8 12520.8 t5～t6 16 160 10000 25 10025 t6～t7 19.8 396 10000

25、0 10000 t7～t8 10 160 10000 16 10016 t8～t9 16.7 200 10000 0 10000 t9～t10 14 84 10000 17.2 10017.2 從以上的表格中可以看出，慣性負(fù)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于摩擦負(fù)載，所以在后面的計算中，慣性負(fù)載可以忽略不計。 液壓缸是液壓系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，是將液壓能轉(zhuǎn)化成機械能的能量轉(zhuǎn)換裝置，本系統(tǒng)是用于位置和速度控制的。電液比例技術(shù)己廣泛應(yīng)用于精度要求較高的機械加工、冶金等行業(yè)。本系統(tǒng)中的執(zhí)行元件為雙出桿活塞缸，能源裝置為液壓泵站，液壓缸采用水平安裝，初選液壓缸的公稱壓力為

26、 第3章 液壓系統(tǒng)方案的擬定 3.1 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 擬定液壓系統(tǒng)原理圖是液壓設(shè)計中的一個很重要的步驟，這一步要做的工作就是合理應(yīng)用壓力控制回路、卸荷控制回路和方向控制回路等基本回路的有關(guān)知識和各種液壓元件的基本特征及功能的知識，組成一個滿足工作機構(gòu)要求的液壓系統(tǒng)。首先，將挑選出來的各典型回路合并、整理，增加必要的輔助回路；其次，加以綜合，構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可靠、動作元件平穩(wěn)、效率高、調(diào)整和維護(hù)保養(yǎng)方便的液壓系統(tǒng)，形成系統(tǒng)原理圖。但能夠滿足同樣要求的液壓系統(tǒng)不會是唯一的，一定會有多種形式和結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)從不同的系統(tǒng)中，選擇最佳方案。 3.1.1液壓控制系統(tǒng)的選擇

27、 隨著微電子、智能化的發(fā)展，對液壓機的性能如穩(wěn)定性、加工效率、壓制精度等有了更高的要求，而傳統(tǒng)的開關(guān)控制已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種高性能的要求；伺服閥的響應(yīng)速度和控制精度雖然都很高，但價格太貴，對油液污染敏感。故本系統(tǒng)采用電液比例控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)較高的控制精度和較快的響應(yīng)速度。該系統(tǒng)采用閥控缸系統(tǒng)，其可控制精度和響應(yīng)速度高。 3.1.2控制方式的選擇 控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制系統(tǒng)不具備抗干擾能力。大量的工程實踐表明，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，開環(huán)控制的比例系統(tǒng)，其位置精度不是很高，而本系統(tǒng)要求精度較高，故采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 確定液壓系統(tǒng)原理圖如下圖 圖3.1液壓系統(tǒng)原理圖 第

28、4章 液壓元件的選擇 4.1液壓缸的選擇 4.1.1確定油源壓力 液壓泵的最大工作壓力，由下式確定: （4.1） 式中 ——液壓缸最大工作壓力（進(jìn)口） ——由液壓泵出口到液壓缸之間的管路延程阻力損失之和。 本次設(shè)計取=1MPa(計算按經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取) （4.2）

29、由于該系統(tǒng)是閥控缸系統(tǒng)，本質(zhì)上是節(jié)流控制系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)有足夠高的效率，油泵壓力的選取要比系統(tǒng)最大壓力高20%，故本系統(tǒng)選取油源壓力為： 4.1.2確定伺服油缸尺寸參數(shù) 在工程設(shè)計中，設(shè)計動力元件時常采用近似計算法，即按最大負(fù)載力選擇動力元件。在動力元件輸出特性曲線上，限定 （4.3） 由于液壓壓下系統(tǒng)的負(fù)載軌跡比較簡單，故可按下式直接求得動力元件最佳匹配參數(shù)。可得油缸有效面積A （4.4） 由此可得活塞桿直徑D

30、 （4.5） 所以選取 活塞的行程為。 為了提高油缸位置檢測精度和增加油缸的導(dǎo)向長度，把位移傳感器安裝在油缸內(nèi)部，直接檢測油缸中心的位置。因此本系統(tǒng)選取雙出桿伺服油缸，其型號為： 具體參數(shù)如下表 表4.1伺服油缸參數(shù)表 額定壓力 使用溫度 -20～80C 最高工作壓力 最大速度 1mm/s 最低啟動壓力 工作介質(zhì) 礦物油、水、乙二醇 非線性 0.05mm 重復(fù)性 0.002mm 滯后 <0.004mm 電源 24

31、VDC 測量范圍 253650mm 分辨率 0.002mm 安裝位置 任意 接頭選型 RG金屬接頭（7針） 4.2伺服比例閥的選擇 伺服比例閥是比例技術(shù)與伺服技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合的產(chǎn)物。它是在比例方向閥的基礎(chǔ)上，將比例閥中的比例電磁鐵和伺服閥中的閥芯和閥套加工技術(shù)獲得的。與比例閥相比，他最重要的特征就是當(dāng)閥芯處于中位時，閥口是零開口的（閥口的遮蓋量幾乎為零），這意味著伺服比例閥的控制特性具有死區(qū)為零的特點，特別適合于作為閉環(huán)系統(tǒng)的控制元件。由于閥口的零開特性，故伺服比例閥在零位的線性好，完全可以采用線性控制理論進(jìn)行分析，因此本系統(tǒng)采用伺服比例閥。

32、 （4.6） 式中 ——負(fù)載最大速度 ——活塞桿腔工作面積 所以選取伺服閥為FF01系列的，型號為：00121TP10 具體參數(shù)如下表 表4.2伺服閥參數(shù)表 額定流量 1 額定電流 10mA 額定供油壓力 21 供油壓力范圍 2～28 線圈電阻 50 滯環(huán) 4 壓力增益 >30 工作介質(zhì) YH-10 工作溫度 -55～150C 重量 0.19㎏ 第五章 泵、電機的選擇 5.1泵的選擇 液壓泵是能量轉(zhuǎn)換裝置，它向系統(tǒng)提供具有一定壓力和能量的液體，把機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。 5.1.1 確

33、定液壓泵的工作壓力 在一般的設(shè)備系統(tǒng)中，正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右，即液壓泵的工作壓力Pp至少要有20%的壓力儲備；要求較高的系統(tǒng)或運動的設(shè)備（如車輛），系統(tǒng)壓力為泵額定壓力的60%左右，而且泵的流量要大于系統(tǒng)工作的最大流量。 式中 ——執(zhí)行元件（液壓缸）最大工作壓力 所以取為18 5.1.2 確定液壓泵的流量 液壓泵的額定流量應(yīng)與計算的流量相當(dāng)，不要超過太多，液壓泵的輸出流量為： （5.1） 式中：系統(tǒng)的泄露系數(shù)，一般?。ù罅髁咳⌒≈担×髁咳〈笾担? 液壓缸最大

34、總量。在工作過程還需加上溢流閥的最小流量，一般取0.510-4 m/s，本系統(tǒng)取K = 1.3 所以 5.1.3 選擇液壓泵 根據(jù)算出的流量和系統(tǒng)壓力選擇液壓泵。液壓泵的額定流量應(yīng)與計算的流量相當(dāng)，不要超過太多，但泵的額定壓力可以比系統(tǒng)工作壓力高25%，或更高一些。 所以選取液壓泵為※型斜軸式軸向柱塞泵，其具體型號為：,具體參數(shù)如下表 表5.1液壓泵參數(shù)表 額定壓力 16 最大流量 10 最大壓力 25 最高轉(zhuǎn)速 970 5.2 電機的選擇 按液壓泵的使用情況，計算其驅(qū)動功率P

35、 （5.2） 式中 液壓泵額定壓力 ——液壓泵的額定流量 ——液壓泵的總效率, ——轉(zhuǎn)換系數(shù)： ——液壓泵實際使用的最大工作壓力 所以選取型三相異步電動機，具體參數(shù)如下表 表5.2電機參數(shù)表 額定功率 1.5 額定電流 3.7 轉(zhuǎn)速 1400 效率 78% 功率因數(shù) 0.79 振動速度 1.8

36、 第六章 管道尺寸和油箱容積的確定 6.1 油管的計算 6.1.1 直徑的計算 油管內(nèi)徑主要由油液的速度確定，直徑小、流速高、壓力損失大，甚至產(chǎn)生噪聲；直徑大，占用空間大，機器重量增加，因此要合理選用管內(nèi)徑。 （6.1） 式中 液體流量 按推薦值選，取 6.1.2 壁厚的計算 受拉伸接薄壁筒公式計算壁厚 （6.2） 式中 ——工作壓力 ——許用應(yīng)力，鋼管

37、： ——抗拉強度，選用45＃鋼，所以 ——安全系數(shù)，此處， 所以 考慮到連接時螺紋對強度的削弱，選擇管壁適當(dāng)增大。 所以選擇鋼管外徑為：；此時壁厚為：；管接頭連接螺紋為： 6.2 油箱的確定 6.2.1油箱的功用 1、儲存系統(tǒng)所須的足夠油液； 2、散發(fā)系統(tǒng)工作中產(chǎn)生的熱量； 3、分離油液中的氣體及沉淀污物。 6.2.2油箱類型的選擇 據(jù)油箱液面是否與大氣相通，可分為開式油箱和閉式油箱。開式油箱應(yīng)用最廣泛，油箱內(nèi)的液面與大氣相通，為了減少油液的污染，在油箱蓋上設(shè)置空氣濾清器，使大氣與油箱內(nèi)的空氣經(jīng)過濾清器相通。本系統(tǒng)的油箱就采用的開

38、式油箱。 6.2.3油箱形狀及布置 根據(jù)油箱的形狀可分為矩形油箱和圓形油箱。因矩形油箱既便于制造，又能充分利用空間。故一般油箱（容量小于2000L）的都采用這種形式。 根據(jù)液壓泵與油箱相對位置可分為上置式、下置式和旁置式三種油箱。本系統(tǒng)采用旁置式油箱，即把液壓泵等裝置安裝在油箱旁邊，由于振動源不在箱蓋板上，其鋼板厚度可相應(yīng)減薄，油箱的容量大。 6.2.4 油箱的設(shè)計要點 油箱必須有足夠大的容量，以保證系統(tǒng)工作時間能保持一定的液位高度，在油箱容積不能增大而又不能滿足散熱要求時，須設(shè)冷卻器；設(shè)置過濾器；設(shè)置油箱主要油口。油箱的排油與回油口之間的距離應(yīng)盡量的遠(yuǎn)，管口應(yīng)插入最低油面以下，以

39、免發(fā)生吸空和回油沖濺的氣泡。吸油口離箱底距離H>>2D（D為管徑），距箱邊的距離不小于3D，回油管離箱底距離H>>3D；設(shè)置隔板將吸、回油管隔開，使液流循環(huán)，油流中的氣泡與雜質(zhì)分離和沉淀?？梢栽诟舭迳习惭b濾網(wǎng)；在開式油箱上部的通氣孔上必須設(shè)置空氣濾清器，兼注油口作用；放油孔要設(shè)置在油箱底部最低的位置，使換油時油液和污物能順利的流出。在設(shè)計油箱時，為了清洗的方便，設(shè)置清洗孔；按GB3766-83中5、2、3a的規(guī)定，“油箱的底部應(yīng)離地面150mm以上，以便搬移、放油和散熱”；為了能夠觀察油箱注油的液位上升情況和在系統(tǒng)過程中看見液位高度，必須設(shè)置液位計。 按照以上要求，設(shè)計油箱結(jié)構(gòu)圖如下

40、 1—吸油管，2— 網(wǎng)式過濾器，3—空氣過濾器，4—回油管，5—油箱頂蓋，6— 油面指示器，7、9—隔板，8—放油塞 圖6.1油箱結(jié)構(gòu)圖 6.2.5 油箱容量及結(jié)構(gòu)尺寸的確定 油箱的有效面積應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱、散熱平衡原則來計算，這項計算在系統(tǒng)負(fù)載較大長期連續(xù)工作時是必不可少的。但對于一般情況來說，油箱的有效容量為泵每分鐘流量的～7倍，對于行走機械，冷卻效果比較好的設(shè)備，油箱的容量可以選擇的小些；但對于固定設(shè)備，空間面積不受限制的設(shè)備，則應(yīng)采用較大的容量；從散熱角度而言，最好把油箱作成正方形或長方形，長、寬、高比例可取1：1：1 ～ 1：2：3，以便在相同的條件下，得到最大的散熱

41、面積。 （6.3） 所以選取油箱為力士樂技術(shù)產(chǎn)品，帶支撐腳的矩形油箱，規(guī)格為60型的，確定其型號為： 6.3 油箱附件的確定 6.3.1隔板的設(shè)置 設(shè)置隔板將吸油管和回油管隔開，并使油液循環(huán)。將油液中的氣泡和雜質(zhì)分離和沉淀。本系統(tǒng)采用溢流式隔板。溢流式隔板高度不低于液面至箱底高度的2/3。隔板下部應(yīng)開有缺口，使吸油管的沉淀物經(jīng)此缺口至回油側(cè)，然后經(jīng)放油口排出。 6.3.2 液位計的選取 液位計一般設(shè)置在油箱側(cè)壁上，以指示油箱中油液的液面位置。通常油箱上還應(yīng)該設(shè)置溫度計，以檢測其油溫，為了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，我選取帶溫度計的液位指示器。所以

42、，選此處選用型號YWZ—150T。 6.3.3 過濾器的選取 選取線隙式過濾器其具體型號為：,具體參數(shù)如下表 表6.1過濾器參數(shù) 流量 過濾精度 額定壓力 初始壓降 第七章 建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 7.1傳感器的選擇及其建模 由于本課題控制系統(tǒng)有一個被測量，即位移，所以要選擇位移傳感器，位移傳感器對系統(tǒng)進(jìn)行測量，并將信號迅速準(zhǔn)確的反饋給控制器，如果測量不準(zhǔn)確，就不能如實的反映系統(tǒng)的工作情況，這將會造成很大的誤差。因此，控制系統(tǒng)中的傳感器的作用非常重要。而選擇位移傳感器主要考慮它的測量范圍和靈敏度。測量范圍越寬，測量量程越大，檢測

43、誤差也越大，所以在滿足量程前提下，盡量選用較小的測量范圍。位移傳感器的靈敏度越高，能感知的被測量的變化量越小，但同時對外界的影響更加敏感，所以要根據(jù)實際情況綜合考慮，對油缸位置控制的精度要求也比較高。 所以選擇ICS 100內(nèi)置缸電位計式傳感器，其參數(shù)為：0～5V輸出，重復(fù)精度0.01%（即全行程200mm內(nèi)絕對誤差為0.22mm），線型度0.025%，最高速度1m/s。 7.1.1 傳感器傳遞函數(shù) 傳感器響應(yīng)頻率遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的響應(yīng)頻率，故其傳遞函數(shù)可認(rèn)為是比例環(huán)節(jié)。因此位移傳感器的增益為： （7.1）

44、 7.2 閥控伺服缸建模 控缸的動態(tài)特性取決于閥和液壓缸的特性并和負(fù)載有關(guān);分析時按集中參數(shù)考慮，假定負(fù)載是質(zhì)量、彈簧和粘性阻尼構(gòu)成的單自由度系統(tǒng)。為了分析簡單和便于應(yīng)用，采用線性化分析方法，即研究在某一穩(wěn)態(tài)工作點附近作微小運動的特性。 （1）比例閥線性化流量方程 經(jīng)線型化后，滑閥的流量方程為 （7.2） 將上式拉氏變換后，可得 （7.3）

45、式中 ——負(fù)載流量， ; ——比例閥流量增益； ——比例閥流量—壓力系數(shù)， ——負(fù)載壓力，; ——比例閥閥芯位移。 2） 伺服油缸流量連續(xù)性方程 假定所有連接管道都是短而粗的，管道內(nèi)的摩擦損失、流體質(zhì)量影響和管道的動態(tài)等均忽略不計;液壓缸整個工作腔內(nèi)各處的壓力相同，油液溫度和體積彈性—模量可認(rèn)為是常數(shù)；液壓方的內(nèi)外泄漏為層流流動。 在這種情況下，流入液壓缸左腔的流量 （7.4） 式中 ——液壓缸活塞的有效面積； ——活塞的位移； ——液壓缸的內(nèi)泄系數(shù)；

46、 ——液壓缸的外泄系數(shù)； ——液壓缸進(jìn)油腔的容積（包括閥腔和閥到液壓缸連接管道的容積）； ——系統(tǒng)的有效體積彈性模量（包括液體、混入油中的空氣及缸體、管道的機械柔度）。 從液壓缸右腔流出的流量Ｑ2為 （7.5） （7.6） 假設(shè)活塞在兩腔體積相等的位置，則有這樣做一方面可以使分析簡化，另一方面活塞位于較中間的位置時穩(wěn)定性較差，所以這種假設(shè)是注意到了最不利的情況，是合理的。其次將內(nèi)泄漏系數(shù)和外泄漏系數(shù)用總泄漏系數(shù)來代替，即

47、 （7.7） 并注意到 （7.8） 然后進(jìn)行拉氏變換后，得 （7.9） （3）液壓缸和負(fù)載力平衡方程 若考慮最一般的情況，活塞受力包括有慣性力、粘性阻力、彈簧力和任意外負(fù)載力，則根據(jù)牛頓第二定律建立活塞受力的平衡方程為 （7.10） 式中 M1——活塞以及與活塞相聯(lián)的負(fù)載折算到活塞上的總質(zhì)量； Bp——活塞和負(fù)載

48、的粘性阻尼系數(shù)； KL——負(fù)載的彈簧剛度； FL——作業(yè)在活塞上的外載力。 閥控液壓缸動態(tài)特性的三個基本方程。根據(jù)這三個方程可以畫出方塊圖，并求得閥控缸的數(shù)學(xué)模型為 （7.11） =稱為總的流量—壓力系數(shù)。 對數(shù)學(xué)模式進(jìn)行簡化，兩個通道的傳遞函數(shù)可以分別列寫。 只考慮閥芯位移