液压调速阀进油路节流调速系统特性分析毕业设计开题报告

上海工程技术大学 毕业设计开题报告 学 院 机械工程 学院 专 业 机械设计制造及其自动化 （现代装备与控制工程） 班级学号 学 生 指导教师 题 目 液压调速阀进油路节流调速系统动特性分析 综述 1 课题背景 1、液压技术发展情况 液压技术是实现现代化传动与控制的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。世界液压元件的总销售额为 350 亿美元。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的2%3.5%，而我国只占 1%左右，这 充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。 液压技术具有独特的优点，如 :液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差 等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。 目前，液压系统中主要的调速方式有三种： （ 1）节流调速，采用定量泵供油，由流量控制阀改变流入和流出执行元件的流量以调节速度，这种系统称阀控系统。 （ 2）容积调速，采用变量泵或变量马达，以改变泵或马达的排量调节速度。这种系统称泵控系统。 （ 3）容积节流调速，采用压力反馈式变量泵供油 ，由流量控制阀改变流入或流出执行元件的流量，进而调节速度，同时又使变量泵的流量与通过流量控制阀的流量相适应。 就油路循环型式而言，调速回路又分成开式回路和闭式回路两种。在开式回路中，泵从油箱吸油，把压力油输给执行元件，执行元件排出的油则直接流回邮箱；在闭式油路中，液压泵的进油口不通过邮箱直接与执行元件的出油口相连，形成封闭的环状回路。开式回路结构简单，可实现一泵（液压泵）多机（执行元件）工作，油压冷却条件好，但油箱尺寸大，空气及脏物易侵入。闭式油路结构紧凑，邮箱尺寸小，一般是一泵一机，由于是封闭的环形油 路，空气和脏物不易侵入，但冷却条件差，需要辅助泵换油，进行冷却和补偿漏油，因而结构较复杂。实际应用中，节流调速由于发热多、效率低，多采用开式回路。容积调速效率较高、发热也少，多采用闭式回路。 就控制性能来说，容积调速的闭式油路，由于靠泵或马达变量调速，包含容积大，特别是启动或换向时需要重建压力，因而相应速度慢。相比之下，节流调速的开式油路则相应速度快，控制灵敏。 由于以上特点，实际应用中，中小功率以下的液压设备，因功率小，效率虽低，但能量损失还是较小，为求其控制敏捷，结构简单，多采用节流调速的开式油 路。对中等功率以上的液压设备，为求高效率以减少能量损失，多采用容积调速的闭式油路。一般来说，在相同功率的条件下，两种系统的制造成本相近。 如前所述，两种回路的优点是结构简单、控制灵敏、使用维护方便。缺点是因靠节流阀调速，泵和执行元件不能作到功率严格匹配，故而效率低、发热量大。一般只用于功率不大的场合。 调速回路在机床和工程液压及石油矿业液压系统中占有突出的位置，它的性能好坏往往对系统性能好坏起着决定性的作用。这是因为在机床、工程液压及石油矿业液压系统中，对速度都有很高的要求，速度调节往往成为系统的核心 部分，其他回路都是围绕着调速回路来选配的。 液压 机 在调速阀的工作原理中，都知道因为这个弹簧的刚度比较的低，而且在工作的一个工程中它减压的压阀和阀芯也是比较的小，也清楚它的 FS 基本是保持不变的。如果是节流阀的两端压力差要是也能够保持不变的话，这样就能够保证了在通过节流阀的流量来稳定液压机先是经过减压阀来产生的第一次压力降，就会直接的降到 p2，那么 P2 是要经过通道的作用来减压阀的。 在调速阀的工作原理上来讲，我们能够从结构上去分析，调速阀在节流阀的前面先串接一个能够定差或减压阀成一组的围城，那么液压泵的出口压力 也是由溢流阀所调整的基本都是不变的，然而在调速阀的出口压力就是由这个液压缸 的负 载来决定的。 节流阀的出口压力也是经过反馈的通道作用来减压阀的上腔，要是当减压阀的阀芯在弹簧和油液压力的作用处于在某一个平衡的位置上时，那么腔内的压力油作用阀芯的有效面积上了。 2、 液压产品技术发展趋势 由于液压技术广泛应用了高科技成果，如：自控技术、计算机技术、微电子技术、可靠性及新工艺新材料等，使传统技术有了新的发展，也使产品的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向 21 世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的 改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。其主要的发展趋势将集中在以下几个方面。 （ 1） 减少损耗，充分利用能量 。 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和采用蓄能器回路 。 （ 2） 泄漏控制 。 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的 侵害两个方面。 今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力 的重要方向之一。 （ 3）污染控制 . 以前 ，液压界主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视。今后应重视解决：严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和排湿元件 ，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元江及检测装置。 (4)主动维护 . 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。要进一步开发液压系统故障诊断专家系统通用工具软件，开发液压系统自补偿系统，包括自调整、自校正，在故障发生之前进行补偿，这是液压行业努力的方向。 (5)机电一体化 . 机电一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发 挥液压传动出力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展动向如下：液压系统将有过去的电液开发系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电一体化需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等 .数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统 ，简化液压系统的调节和维护。 (6)液压 CAD 技术 充分利用现有的液压 CAD 设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计 -制造 -销售 -使用 -设计的闭环系统。将计算机防真及适时控制结合起来，在试制样机前，便可用软件修改其特性参数，以达到最佳设计效果。下一个目标是，利用 CAD 技术支持液压产品到零不见设计的全过程，并把 CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（ CIMS），使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。 (7)新材料、新工艺的应用 新型材料的使用， 如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水及海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。 2 课题内容 液压系统在工作进给到达终点时，外负载会突然骤减甚至消失，这使液压执行元件产生一个很大加速度，致使其运行速度突增，即出现液压前冲现象；另外，液压系统在一工进转为二工进外负载骤增时，亦会造成液压执行元件速度 突降。这些液压执行元件的速度突变会导致机械部件间的相互冲撞，造成振动、噪声乃至部件的损坏。此外，外负载的突变亦会在液压系统内部产生很大的压力和流量脉动，致使油液外泄噪声增大，从而影响液压元件的使用寿命。所以在液压系统中采用调速装置来对液压系统进行调速。 调速回路在机床和工程液压及石油矿业液压系统中占有突出的位置，它的性能好坏往往对系统性能好坏起着决定性的作用。这是因为在机床、工程液压及石油矿业液压系统中，对速度都有很高的要求，速度调节往往成为系统的核心部分，其他回路都是围绕着调速回路来选配的。综上所诉，本毕业 设计对进行液压工作台调速阀进油路节流调速系统特性进行分析，作为本毕业设计的主要内容。具体内容如下： (1). 分析调速阀进油路节流调速系统的工作原理； (2). 建立调速阀进油路节流调速系统数学模型 ； (3). 调速阀进油路节流调速系统进行仿真 ； (4). 调速阀进油路节流调速系统动特性分析 ； (5). 得出分析结论若干 ； 3 课题关键问题： 通过分析调速阀 进油路节流调速系统，建立系统数学模型，在建立模型后， 在应用 Matlab2007a+Simulink 对方程组仿真的基础上 ,分析了在外负载阶跃信号作用下 ,两 种进口节流阀调速系统速度波动的成因及其动态特性 。 4 课题的意义 本课题通过液压调速阀进油路调速系统动态性能的研究，旨在通过对该课题前冲产生过程的研究，提出若干提高液压调速阀节流调速系统的动态性能和减缓前冲的若干建设性的意见。通过 讨论液压泵输出流量、节流阀开口等变化对两种进口节流阀调速系统液压缸速度动态性能的影响程度 ,找到了提高进口节流阀调速系统动特性的途径 ,从而为合理选择、正确使用进口节流液压调速系统提供借鉴。 参考文献 1王积伟，章宏甲，黄谊 液压与气压传动 北京 ：机械工业出 版社 ，2012 ： 166-167 2王兴元 工程机械液压与液力传动图册 人民交通出版社 ， 2008 年4 月 3周显文 . 设不可调阻尼器的液压回油节流调速回路 . 中国： CN2077922U， 1991年 5 月 29 日 4高钦和，王孙安 .基于 MATLAB 的节流阀调速液压回路的计算机仿真 J. 机床与液压 .2006,(6):231-233 5 姚黎明 . 液压实验台的机电一体化控制 J.液压气动与密封， 1997,1:3941 6张尚才 . 控制工程基础 M. 浙江大学出版社 .1991 7S.K.R. 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