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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
文 獻(xiàn) 綜 述
1、前言
隨著近50年的科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，液壓技術(shù)已經(jīng)成為了一門影響現(xiàn)代機(jī)械裝備技術(shù)的重要基礎(chǔ)學(xué)科和基礎(chǔ)技術(shù)，液壓機(jī)是一種利用液體壓力來傳遞能量，以實(shí)現(xiàn)各種壓力加工工藝的機(jī)床。隨著新工藝及新技術(shù)的應(yīng)用，液壓機(jī)在金屬加工及非金屬成形方面的應(yīng)用越來越廣泛，在機(jī)床行業(yè)中的占有份額正在大幅度攀升。
目前，我國的液壓件已從低壓到高壓形成系列，并生產(chǎn)出許多新型元件，如插裝式錐閥、電液比例閥、電液伺服閥、電業(yè)數(shù)字控制閥等。我國機(jī)械工業(yè)在認(rèn)真消化、推廣國外引進(jìn)的先進(jìn)液壓技術(shù)的同時(shí)，大力研制、開發(fā)國產(chǎn)液壓件新產(chǎn)品，加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和新技術(shù)應(yīng)用的研究，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)，合理調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對一些性能差而且不符合國家標(biāo)準(zhǔn)的液壓件產(chǎn)品，采用逐步淘汰的措施。
壓力機(jī)液壓系統(tǒng)，具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)三種操作方式。本機(jī)器的工作壓力、壓制速度、空載快速下行和減速的行程范圍均可根據(jù)工藝需要進(jìn)行調(diào)整，并能完成一般壓制工藝。此工藝又分定壓、定程兩種工藝動(dòng)作供選擇。定壓成型之工藝動(dòng)作在壓制后具有保壓、延時(shí)、自動(dòng)回程、延時(shí)自動(dòng)退回等動(dòng)作。本機(jī)器主機(jī)呈長方形，外形新穎美觀，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動(dòng)作 靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。
2、 研究現(xiàn)狀
液壓系統(tǒng)在機(jī)床行業(yè)運(yùn)用的越來越廣泛，對技術(shù)的掌握也越來越成熟，在國內(nèi)已經(jīng)擁有了獨(dú)特的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，但對于現(xiàn)代信息化及機(jī)械自動(dòng)化的時(shí)代，在國內(nèi)液壓系統(tǒng)的發(fā)展還有很大的發(fā)展空間。
液壓元件是機(jī)械工程運(yùn)作的核心，在國內(nèi)每年有350億以上的行業(yè)需求，目前液壓元件的進(jìn)口比率已超過了65%，介于高端產(chǎn)品對技術(shù)的要求，目前國內(nèi)與國外技術(shù)的差距，所使用的液壓元件基本還是進(jìn)口，但各國液壓工業(yè)產(chǎn)值約占機(jī)械工程總產(chǎn)值的3.5%，而我國僅占0.2%左右，但社會(huì)快速發(fā)展的過程中，進(jìn)口的取代，市場存量之大，維修市場的增長是行業(yè)增長的驅(qū)動(dòng)力，所以相對來講我國的液壓行業(yè)仍然有很大的發(fā)展空間，特別機(jī)械工程近幾年的迅猛發(fā)展，液壓元件故障幾乎占到了所有機(jī)械工程故障的50%，可預(yù)見在未來幾年，液壓元件的維修市場將出現(xiàn)爆發(fā)式增長，在比較巨大的機(jī)械主機(jī)配套市場，國產(chǎn)占的比率并不高，主要還是依靠國外的產(chǎn)品，進(jìn)口的取代空間巨大。
目前在國際市場上機(jī)械工程兩級(jí)方向的發(fā)展已傾向于微型化及小型化，但在國內(nèi)產(chǎn)品的壽命與進(jìn)口產(chǎn)品還有很大差距，要縮短與進(jìn)口產(chǎn)品的差距，因此在材料和產(chǎn)品表面處理工藝的技術(shù)需求還要進(jìn)一步的提高和提煉，才能有效提高液壓產(chǎn)品的使用壽命，縮短與進(jìn)口產(chǎn)品之間的差距，快速實(shí)現(xiàn)國內(nèi)液壓產(chǎn)品的主導(dǎo)化和獨(dú)立化。
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)行業(yè)中有著很重要的作用，并且因?yàn)樗鼉?yōu)越的使用性能，使它的使用范圍更廣泛，這也就要求我們要更大程度的提升液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的新能，然而我國在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面缺少與外國同行業(yè)的技術(shù)交流，并且我國的制造工藝要落后于發(fā)達(dá)國家，這就要求我們更努力的為發(fā)展我國的技術(shù)事業(yè)奮發(fā)圖強(qiáng)。
3、發(fā)展趨勢
目前，不論是國內(nèi)還是國外，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢都是趨向于兩個(gè)大方面，節(jié)能、機(jī)電一體化。
1． 減少能耗，充分利用能量
液壓技術(shù)在將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換方面，已取得很大進(jìn)展，但一直存在能量損耗，主要反映在系統(tǒng)的容積損失和機(jī)械損失上。如果全部壓力能都能得到充分利用，則將使能量轉(zhuǎn)換過程的效率得到顯著提高。為減少壓力能的損失，必須解決下面幾個(gè)問題： ①減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失。主要表現(xiàn)在改進(jìn)元件內(nèi)部流道的壓力損失，采用集成化回路和鑄造流道，可減少管道損失，同時(shí)還可減少漏油損失； ②減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量，避免采用節(jié)流系統(tǒng)來調(diào)節(jié)流量和壓力；③采用靜壓技術(shù)，新型密封材料，減少磨擦損失； ④發(fā)展小型化、輕量化、復(fù)合化、廣泛發(fā)展3通徑、4通徑電磁閥以及低功率電磁閥； ⑤改善液壓系統(tǒng)性能，采用負(fù)荷傳感系統(tǒng)，二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和采用蓄能器回路； ⑥為及時(shí)維護(hù)液壓系統(tǒng)，防止污染對系統(tǒng)壽命和可靠性造成影響，必須發(fā)展新的污染檢測方法，對污染進(jìn)行在線測量，要及時(shí)調(diào)整，不允許滯后，以免由于處理不及時(shí)而造成損失。
2.機(jī)電一體化
電子技術(shù)和液壓傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，使傳統(tǒng)的液壓傳協(xié)與控制技術(shù)增加了活力，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化可以提高工作可靠性，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，改變液壓系統(tǒng)效率低，漏油、維修性差等缺點(diǎn)，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)出力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn),其主要發(fā)展動(dòng)向如下： (1)電液伺服比例技術(shù)的應(yīng)用將不斷擴(kuò)大。液壓系統(tǒng)將由過去的電氣液壓on-oE系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，為適應(yīng)上述發(fā)展,壓力、流量、位置、溫度、速度、加速度等傳感器應(yīng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算機(jī)接口也應(yīng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和兼容。 (2)發(fā)展和計(jì)算機(jī)直接接口的功耗為5mA以下電磁閥，以及用于脈寬調(diào)制系統(tǒng)的高頻電磁閥(小于3mS)等。 (3)液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油的污染等數(shù)值將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和診斷，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格降低，監(jiān)控系統(tǒng)，包括集中監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)將得到發(fā)展。 (4)計(jì)算機(jī)仿真標(biāo)準(zhǔn)化，特別對高精度、“高級(jí)”系統(tǒng)更有此要求。 (5)由電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電子直接控制液壓泵，采用通用化控制機(jī)構(gòu)也是今后需要探討的問題，液壓產(chǎn)品機(jī)電一體化現(xiàn)狀及發(fā)展。
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1.課題的提出
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要,技術(shù)創(chuàng)新是目前礦山機(jī)械所面臨的新挑戰(zhàn)。面對新世紀(jì)煤礦生產(chǎn)的新需要，礦山機(jī)械將向大型化、智能化、無人化方向發(fā)展。
目前，懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)在我國得到廣泛的應(yīng)用。但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，要求巷道施工向更加安全、優(yōu)質(zhì)、省力、高效、舒適的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的截割部的液壓系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，一定程度上滿足了上述要求， 但仍然是手工操作，司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，舒適性較差，勞動(dòng)生產(chǎn)率也較低，同時(shí)由于系統(tǒng)壓力保持不當(dāng)。 截割斷面高度和面積都達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，從而從整體上影響了掘進(jìn)工作的速度和質(zhì)量。
另外礦井的施工質(zhì)量、施工安全很大程度上取決于人為因素，采堀業(yè)仍然屬于苦、險(xiǎn)、臟行業(yè)，因事故而傷亡的人數(shù)也較多。從根本上實(shí)現(xiàn)采掘的智能化是一項(xiàng)長期而艱難的任務(wù)。 由于液壓系統(tǒng)承載力大，所以液壓系統(tǒng)是煤礦機(jī)械中最為重要的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之一。懸臂式掘進(jìn)機(jī)的截割煤的工作均由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)完成。因此，對液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是懸臂式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)工作中重要的一項(xiàng)內(nèi)容。本課題要求首先根據(jù)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，對其工況和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，建立牽引速度——流量特征方程，確定液壓系統(tǒng)各元件參數(shù)，繪制液壓系統(tǒng)原理圖。
綜合上述得出，優(yōu)化懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的液壓系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的截割高度和截割斷面。完成液壓的系統(tǒng)的高精度控制，是為將來截割斷面的自動(dòng)成型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的保證。
基于以上原因，本論文提出了“礦用式掘進(jìn)機(jī)截割部液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析”這一課題。
2主要工作和研究手段
本論文主要完成懸臂式掘進(jìn)機(jī)截割部的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，具體的說就是：
(l) 掘進(jìn)機(jī)截割部機(jī)械部分三整建模及液壓缸受力分析:
利用Pro/E 三維軟件對掘進(jìn)機(jī)截割部進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行建模裝配，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)曲線，模擬截割部動(dòng)態(tài)工作過程，得出液壓系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)——液壓缸的受力曲線圖。
(2) 掘進(jìn)機(jī)截割部液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì);
根據(jù)掘機(jī)截割部工作原理。設(shè)計(jì)截割部的液壓系統(tǒng)原理圖，同時(shí)根據(jù)液壓缸受力曲線圖，得出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大受力，并以此為依據(jù)對液壓系統(tǒng)的多個(gè)元件進(jìn)行選型。
(3)掘進(jìn)機(jī)截割部液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模:
根據(jù)液壓系統(tǒng)原理及受力情況，對液圧系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。
(4)用MATLAB對掘進(jìn)機(jī)截割部的液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真:
根據(jù)液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB仿真軟件，對所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真，得到較為理想的動(dòng)態(tài)特性曲線，從而進(jìn)行仿真結(jié)果的分析，并通過改變系統(tǒng)參數(shù)，研究各參數(shù)對部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響，為整個(gè)掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。
(5) PID模擬控制;
運(yùn)用模擬PID控制，提高了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)控制靈活、自適應(yīng)性強(qiáng)、控制精度高、穩(wěn)定性好，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)化。
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