电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的研究

摘要

随着人类社会的发展,能源问题越来越引起人们的重视,在液压传动领域,如何提高液压系统的效率,降低能耗一直是人们研究的热点。恒压网络二次调节技术一方面可以使动力源工作在高效区,另一方面降低了液压系统的节流损失并且可以对负负载的能量进行回收再利用,因此极大的提高了整个液压系统的传动效率,有广阔的应用前景。基于恒压网络容积控制的二次调节静液传动技术只能应用在旋转负载情况下,当执行元件为直线负载时就必须用到液压变压器。集成式液压变压器将液压泵/马达功能集成于一体,结构紧凑、体积小,可以在恒压网络容积控制二次调节静液传动系统中无节流损失的控制液压执行元件,还可以回收负负载的能量,简化了液压系统的结构,提高了液压系统的效率,因此,对集成式液压变压器的研究具有重要的理论意义和实用价值。
　　在查阅大量国内外相关文献的基础上,对目前国内外研究的液压变压器进行了分类,重点分析了集成式液压变压器的工作原理及其应用前景,阐述了国内外集成式液压变压器的应用与发展状况,提出了论文的主要研究内容。
　　集成式液压变压器是一种新型的液压元件,首先对其变压原理进行了理论分析,基于理论分析设计了电液伺服摆动液压马达做为液压变压器的伺服驱动机构,设计了一种电液伺服摆动液压马达控制的斜盘柱塞式液压变压器,实现了液压变压器通过电液伺服摆动液压马达来进行变压比的控制,在主轴上设计配流油路实现液压变压器的配流。该电液伺服斜盘柱塞式液压变压器具有体积小,结构紧凑,动态响应快,变压过程理论上无节流损失,变压范围大等优点。
　　本文基于剩余压紧力和剩余压紧力矩法对液压变压器的平面配流结构进行了优化设计,并采用遗传算法进行了求解。采用三角锥作为配流盘缓冲槽的结构形式,建立了过渡过程的压力缓冲数学模型并进行了MATLAB仿真,得到了最佳的缓冲槽结构参数,运用ADINA软件的流固耦合功能进行了配流盘缓冲槽的有限元分析,并对液压变压器的噪声进行了测量。
　　建立了电液伺服斜盘柱塞式液压变压器瞬时流量特性、瞬时转矩特性的数学模型,从液压变压器的控制角为零的情况推广到控制角为全区间的情况,仿真结果表明液压变压器的流量脉动率、转矩脉动率在全区间范围内很大,并对不同柱塞数下的流量脉动率进行了对比研究。
　　针对电液伺服斜盘柱塞式液压变压器压力控制的特点,对其控制策略进行了研究。建立了电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的数学模型,采用模糊–PID双模控制策略进行压力控制,在小偏差时,采用PID控制,可以提高系统的稳定性和减小误差,在大偏差时,采用模糊控制,提高系统的快速性和智能性。基于理论分析和手动控制的经验,对模糊控制器进行了设计,在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型并进行了仿真研究。
　　最后,设计制造了一台电液伺服斜盘柱塞式液压变压器,搭建了实验平台,基于C++Builder编写了测控软件,基于该实验系统对电液伺服斜盘柱塞式液压变压器进行了实验研究,对液压变压器的性能进行了测试,验证了理论分析和控制策略的正确性和有效性。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 液压变压器的发展历程及研究现状

1.3 课题来源及论文主要研究内容

第2章 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器变压原理分析及其结构设计

2.1 引言

2.2 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的变压特性分析

2.3 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的总体结构

2.4 基于剩余压紧理论的液压变压器平面配流结构优化

2.5 液压变压器配流主轴的有限元分析

2.6 液压变压器配流盘加强筋的有限元分析

2.7 本章小结

第3章 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器配流盘缓冲槽的研究

3.1 引言

3.2 斜盘柱塞式液压变压器配流盘缓冲槽的建模与数值求解

3.3 斜盘柱塞式液压变压器配流盘缓冲槽的流固耦合分析

3.4 配流盘缓冲槽对噪声的影响实验测试

3.5 本章小结

第4章 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的流量和转矩特性分析

4.1 引言

4.2 斜盘柱塞式液压变压器的流量特性

4.3 斜盘柱塞式液压变压器的转矩特性

4.4 本章小结

第5章 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的建模与控制策略研究

5.1 引言

5.2 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器模型的建立

5.3 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器控制策略的研究

5.4 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的仿真研究

5.5 本章小结

第6章 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器的实验研究

6.1 引言

6.2 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器实验台的设计

6.3 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器转速测试

6.4 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器流量测试

6.6 电液伺服斜盘柱塞式液压变压器压力测试

6.7 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢

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