起重机双阀并联泵阀协同压力流量复合控制系统研究

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我国的工程机械不仅与基建、能源等领域的发展是密切相关的,而且是我国经济社会发展的最主要风向标之一。汽车起重机是工程机械的最主要种类之一,担负着起重与安装设备的最主要任务,并广泛应用于我国基本建设工程和民用建筑等领域。随着人们对起重机的定位精确度、平衡过程、微动特性、高安全性与低能量消耗等有着更高的需求,需要开发一种新的控制系统来满足这些需求。传感器和控制技术的发展揭示了一种用于控制电控制及阀口参数实时测量的方法,可取代原有的硬件来实现压力补偿功能,并使得进一步提高执行器微动时的流量控制精度和执行器快速运动时系统的低压损的目标可以实现。本文的研究对象为55吨级汽车起重机,资金来源为编号2018YFB2001203的国家重点研发计划,所研究部分是课题三“工程机械用高压多路阀”中的一部分研究内容。针对目前起重机变幅油缸微动模式的微小流量控制精度,提出一种双阀并联泵阀协同压力流量复合控制液压系统。首先,通过数学建模和理论分析,针对起重机起吊重物后的机械结构和特点,分别提出基于模式切换和流量分配的单阀和双阀并联控制系统的控制策略。接着,建立两个控制系统的AMESim仿真模型和Simulink控制模型,并实现联合仿真。然后,进行元件试验和双阀并联系统试验,来验证所搭建联合仿真模型的准确性。最后,在经过元件和系统试验验证正确性的联合仿真模型基础上,对单阀控制系统和双阀控制系统流量给定方式影响以及在模式切换点处抑制冲击的方法进行研究。论文的主要研究工作如下:(1)首先,介绍(建设)工程机械中集中液压系统,这些液压系统都是具有代表意义的。针对目前起重机变幅油缸微动时微小流量的控制精度问题,分析国内外对流量控制精度的原理和研究现状,总结并提出本课题研究的内容、背景、意义和方法。(2)建立双阀并联泵阀协同压力流量复合控制液压系统,对构成元件和控制原理进行分析,然后进行数学建模和仿真研究,在阀控非对称缸系统数学模型的基础上,推导出双阀控制系统的数学模型,并以此推导了阀控系统的流量分辨率,建立相应的控制策略。(3)建立以流量分配策略和阈值划分的单阀控制系统的AMESim/Simulink联合仿真模型,并在此基础上接着建立AMESim双阀控制系统的液压仿真模型和Simulink控制算法模型,该双阀系统也是起重机以流量分配策略和阈值划分的制系统,但更侧重于变幅油缸微动时微小流量的精确控制。(4)根据单阀和双阀系统的原理来定制起重机22通径比例多路阀,并采购华液BFWE 2X系列自带位移传感器和放大器的10通径电磁比例换向阀,分别进行元件的台架试验,以此验证仿真模型的准确性,最后将两个阀通过合流阀块进行并联,验证双阀控制系统对流量控制精度和分辨率提高的原理验证试验。(5)在已经验证正确性和准确性的联合仿真模型的基础上,对实际起重机的变幅联变幅油缸的工况进行联合仿真分析,并分别对单阀控制系统和双阀控制系统进行流量给定方式对系统流量控制精度的影响、快速运动模式能效特性分析和模式切换点处压力冲击抑制方法的研究。相同工况下,相较单阀控制系统,双阀控制系统油缸位移全程跟随误差减少40.3%,实现了双阀控制系统对变幅油缸微动时位移的精准调控。且在快速运动模式工况下,能耗减少1.43%。改进控制策略后的单阀和双阀并联控制系统,流量波动和压力冲击明显改善。
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