新型抗负载波动大惯量回转控制阀动态特性优化设计

摘要

随着“十三五”规划纲要的出台，国家重大建设项目有了更进一步目标和方向，给工程液压机械的提出了大型重载化和作业高效化的要求。汽车起重机作为传统的工程液压机械，其负载惯量大幅提升已成必然趋势。负载大惯量化趋势下给汽车起重机特别是其回转系统带来了一系列的问题，如大惯量强冲击所带来的压力峰值将破坏液压元件，难以保证流控功能，使启闭过程微动特性差;与此同时，大惯量负载下极易产生惯性负载波动，回转控制速度不稳定，易产生流量波动，影响系统控制性能。目前国内外的回转阀产品不多，能够解决负载大惯量化所带来的问题的回转阀产品更是少之又少，因此有必要进行大惯量回转系统控制阀研究，优化回转阀产品以适应工程液压机械的发展趋势。
　　本学位论文以新型抗负载波动大惯量回转控制阀为研究对象，分析了目前回转控制阀实车试验数据，指出其存在的阀开启流量回落和阀关闭流量回升两个问题;建立了大惯量回转系统AMESim仿真模型，分析产生问题主要原因分别是主换向阀芯各油口节流槽结构和主阀开度设置不合理，并针对性地提出优化阀芯油口结构参数和合理设置主阀开度的优化方案;设计加工了优化后的回转系统控制阀并进行了台架试验验证，试验结果表明优化后的回转控制阀解决了前述两个问题，对启闭时滞优化分别约0.5s和0.35s，且保留了抗负载波动特性，具有更好的动态性能。
　　论文研究内容分为6章，现将各章内容简述如下:
　　第1章，介绍了以汽车起重机为代表的大惯量回转系统液压阀控制原理技术及其阀产品，确定了本课题研究意义、内容、技术线路和难点。
　　第2章，介绍了新型抗负载波动大惯量回转控制阀的工作原理，对其实车试验数据进行了分析，验证其所具有的工作特性，指出实车中出现的问题。
　　第3章，建立了大惯量回转系统AMESim仿真模型，根据模型进行仿真研究，验证新型抗负载波动大惯量回转控制阀的工作特性，复现实车问题。
　　第4章，分析了出现实车试验问题的原因，提出对应的优化解决方案，在仿真模型中加以验证，同时对加工工艺做了简要分析。
　　第5章，介绍了新型抗负载波动大惯量回转控制阀台架试验测试台的工作原理，对优化后的回转控制阀进行台架测试试验，验证了回转控制阀的抗负载波动特性、优化解决方案的正确性和更好的动态性能。
　　第6章，总结了本课题论文的主要研究工作，并依据研究情况给后续深入研究给出了相关建议。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 工业设备负载大惯量趋势

1．1．2 起重机械简介

1．2 汽车起重机液压系统介绍

1．3 汽车起重机回转控制阀发展现状

1．3．2 回转控制阀优化控制原理技术

1．3．3 具体阀产品与其原理对应分析

1．4 回转阀研究及阀性能优化技术

1．5 课题研究目标及内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

1．5．3 课题研究目标

1．5．4 技术路线和研究难点

第2章 工作原理及工作特性分析

2．1 新型抗负载波动大惯量回转控制阀工作原理

2．1．1 新型抗负载波动大惯量回转控制阀油路流动分析

2．1．2 旁路压力补偿原理分析

2．1．3 新型抗负载波动大惯量回转控制阀液压原理分析

2．2 实车试验验证及问题分析

2．2．1 实车试验验证

2．2．1 实车试验问题分析

2．3 本章小结

第3章 AMESim仿真模型建立与分析

3．1 AMESim仿真软件介绍

3．2 大惯量回转系统AMESim模型搭建

3．2．1 三位六通主换向阀模型建立

3．2．2 压力补偿阀模型建立

3．2．3 惯量负载模型建立

3．2．4 其他元件仿真模型建立

3．2．4 大惯量回转系统整体模型建立

3．3 大惯量回转系统AMESim仿真模型相关参数设计

3．3．1 阀杆油口过流面积计算

3．3．2 负载相关参数计算

3．4 仿真结果分析

3．4．1 抗负载波动性能

3．4．2 负戴死区特性

3．5 仿真复现实车问题

3．6 本章小结

第4章 问题原因分析及优化方案

4．1 流量回落原因分析

4．2 阀芯结构优化及验证

4．3 流量回升原因分析

4．4 阀口开度优化及验证

4．5 阀芯加工工艺

4．6 本章小结

第5章 优化后回转控制阀试验

5．1 台架试验台介绍

5．2 台架试验台复现问题

5．3 优化后回转控制阀试验

5．3．1 开启压力测试

5．3．2 压力损失测试

5．3．3 死区变化特性测试

5．3．4 流量抗负载波动特性

5．3．5 流量回落与流量回升优化验证

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历