锻造操作机主运动机构液压控制系统研究

摘要

锻造操作机主要用于夹持锻件并辅助压机完成锻造，是实现锻压自动化和智能化的重要设备。操作机作为辅助设备，需要配合压机联动，这对操作机的控制性能提出了很高的要求，而操作机所有动作的完成均需液压系统承担，其液压系统的控制性能决定着操作机的整机性能。负载惯量大、工况复杂、环境恶劣等特点给操作机液压系统控制带来了很大的困难，而操作机主运动机构液压系统，包括提升系统、水平缓冲系统和俯仰系统，存在着运动耦合，控制难度较其它系统更高，因此如何确保重载下操作机与压机配合过程中的良好缓冲顺应性能，是锻造操作机主运动机构液压控制系统设计面临的重大挑战。本文主要通过以下几个方面对操作机主运动机构液压控制系统进行了研究。
　　1、分析锻件在锻压过程中的变形规律并建立其形变模型；以载荷值为20t，主运动机构为平行四连杆形式的锻造操作机为对象，建立主运动机构逆运动学模型，基于虚功原理推导其动力学模型；以锻件锻压过程中的变形为输入，通过仿真分析得到提升缸和缓冲缸的位移和力的变化规律。
　　2、提出重载锻造操作机配合压机锻压时，主运动机构液压控制系统的力顺应性控制方法；对提升系统、水平缓冲系统和俯仰系统的液压原理图进行了设计；以压力为被控量，搭建提升液压控制系统传递函数模型并分析了其系统稳定性；基于水平缓冲原理，推导出由缓冲缸和蓄能器构成的水平缓冲液压系统的数学模型并对蓄能器的选型进行了分析。
　　3、设计了锻造操作机主运动机构提升控制液压系统模糊PID控制器；基于MATLAB/Simulink和 AMESim软件，建立主运动机构提升液压控制系统和缓冲系统的联合仿真模型；结合模糊PID控制器，仿真分析了在锻压过程中提升液压控制系统主动压力顺应性；利用联合仿真模型，研究在锻压过程中水平缓冲系统被动顺应性。
　　通过本文的研究，为锻造操作机的构型设计、控制策略的制定和驱动液压系统设计提供理论指导，为锻压一体化联合自动化作业提供技术支持。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 锻造操作机概述

1.3 锻造操作机国内外研究现状及分析

1.4 主运动机构液压系统顺应性研究

1.5 课题的研究内容

第2章 操作机主运动机构运动学和动力学分析

2.1 锻造操作机主运动机构构型

2.2 锻造操作机主运动机构建模

2.3 本章小结

第3章 主运动机构液压控制系统

3.1 锻造操作机主运动机构液压控制系统组成

3.2 主运动机构液压控制系统力顺应性

3.3 主运动机构提升液压控制系统的建模与分析

3.4 主运动机构缓冲系统的建模与蓄能器选型

3.5 本章小结

第4章 操作机主运动机构控制策略与仿真

4.1 PID控制及整定

4.2 锻造操作机主运动机构模糊PID控制器

4.3 仿真模型

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果