二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计课件.docx
- 文档编号:17832783
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:80
- 大小:443.99KB
二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计课件.docx
《二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计课件.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计课件.docx(80页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计课件
本科毕业设计(论文)
基于二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计
本科毕业设计(论文)
基于二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计
燕山大学毕业设计(论文)任务
题
目
题目名称
基于二次调节技术车辆液压传动模拟系统设计
题目性质
1.理工类:
工程设计(√);工程技术实验研究型();
理论研究型();计算机软件型();综合型()
2.管理类();3.外语类();4.艺术类()
题目类型
1.毕业设计(√)2.论文()
题目来源
科研课题()生产实际(√)自选题目()
主
要
内
容
1.系统构成方案;
2.元件选择;
3.参数设计;
4.系统原理图、零件图、装配图;
基
本
要
求
1.说明书不少于2万字,严格按规范要求撰写;
2.图纸量不少于4XA0,其中必须有CAD图;
3.外文资料翻译不少于5000汉字;
参
考
资
料
1.产品工作原理简单说明书;
2.有关资料和书籍;
3.液压元件产品样本;
4.设计手册;
周次
第1~4周
第5~8周
第9~12周
第13~16周
第17~18周
应
完
成
的
内
容
1.资料
2.方案
3.计算
1.元件选择
2.装配图
3.翻译
1.装配图
2.零件图
1.零件图
2.修改设计
1.修改设计
2.撰写论文
3.答辩
摘要
关于车辆液压传动模拟系统的设计是在二次调节技术的基础上,搭建实验平台,用二次元件模拟汽车负载,从而完成在不同载荷模式,不同工作状况下的汽车传动桥的性能的实验研究。
在整个实验过程中,二次调节技术是关键。
二次调节技术可以理解为在恒压网络中对液压能转换成机械能的液压元件所进行的调节,即对二次元件的调节。
二次元件可以把液压能和机械能相互转化,从而可以减少液压传动中的能量的损耗并减少系统发热。
二次元件在试验中一方面膜拟系统负载,另一方面又把机械能转化为液压能反馈给系统,从而达到节能的目的。
本文主要对二次调节技术的原理和特点进行了简单的介绍和分析,并设计了实验台液压传动系统,其中包括液压元件的选择计算,泵站、阀块和试验台的设计。
关键词 二次调节;液压系统;液压元件;泵站;阀块
Abstract
Thedesignofvehiclehydraulictransmissionanalogoussystemistobuildtheexperimentsplatformandsimulatetheautuomobileloadwithsecondarycomponents,whichbasedonsecondaryregulationtechnology.Thepurposeistocompletetheexperimentalstudyonautomobiletransmissionbridge’sperformanceindifferentloadpatternanddifferentworkingcondition.
Duringtheentiretesting,secondaryregulationtechnolgyisthekey.Thesecondaryregulationtechnologymayunderstandforadjustmentwhichcantransformmechanicalenergytothehydraulicenergyintheconstantpressurenetworkwhichthehydrauliccomponentscarryon,namelysecondarycomponents,Thesecondarycomponentscantransformthehydraulicpressurewiththemechanicalenergymutually,thusmayreducetheenergyandheat’losinthehydraulictransmission.Duringthetest,thesecondaryconponentsnotonlysimulatethesystemload,butalsochangethemechanicalenergytohydraulicenergytogiveafeedback,whichcanrecycleenergy.
Thisarticlemainlymakesasimpleintroductionofprincipleandthecharacteristiconsecondaryregulationtechnology,anddesignsthehydraulictransmissionsystem,whichincludethechooseandthecalculationofhydrauliccomponents,thedesignofpumpingstation,thedesignofvalvesintegrationandthetestplatform.
Keywords Secondaryregulation,HydraulicpressuresystemHydrauliccomponents,Pumpingstation,Valvesintegration.
第1章绪论
1.1课题背景
随着科学技术的发展,各种新材料和新型的元件不断被研制出来。
在形成成熟产品投放市场之前,都需要在接近实际运行的条件下进行大量的实验研究。
由于近年来试验台技术的不断发展,使得80%的实验可以在具有高动态性能的,固定的实验台上完成。
对于行驶于各种路段,工作于多种状况下的车辆来说,其关键部件传动桥的工作性能和和可靠性如何,决定着整个车辆的总体性能,为了提高传动桥以及整个车辆的工作性能和可靠性,需要利用专门的高动态性能的固定试验台,对传动桥进行模拟加载实验台试验,检测各项工作性能和可靠性指标是否满足要求。
由于汽车传动桥工作参数变化范围大、工况复杂多变,要对其进行接近实际条件下的全面试验,在普通试验台上是很难完成的。
现在有一种新型的二次调节液压伺服模拟加载实验台,这种试验台利用了近年来发展起来的二次调节技术,他是用于各种发动机,减速箱,车辆传动桥等旋转试件的模拟加载实验,这种试验台具有动态性能好,效率高,控制灵活,精确,可靠等优点。
二次调节是一种带压力偶联的新型液压传动系统,它类似于电力传动,多个负载可并联工作于一个恒压网络。
它不仅具有良好的动静态特性,而且还可以实现能量的回收和重新利用,并在控制上提供新的控制规律和控制结构。
因此,将这种二次调节液压伺服模拟加载实验台用于重型车辆传动桥的模拟加载实验室最为理想的。
1.2二次调节静液传动技术概述
二次调节静液传动技术是对将液压能与机械能相互转换的液压元件所进行的调节。
如果把静液传动系统中机械能转化成液压能的元件(液压泵)称为一次元件或初级元件,则可把液压能和机械能可以相互转换的元件(液压泵/马达)称为二次元件或次级元件。
在静液传动系统中可以把液压能转换成机械能的液压元件是液压缸和液压马达,液压缸的工作面积是不可调节的,所以二次元件主要是指液压马达。
同时,为了使二次调节静液传动技能够实现能量回收,所需要的二次元件是可逆的静液传动元件。
因此,称这类静液传动元件为液压泵/马达。
一般来说,大多数二次调节静液传动技术的实现是以压力耦联系统为基础的。
目前对二次调节静液传动技术进行研究的出发点是对传动过程进行能量回收、能量的重新利用,并从宏观的角度对静液传动总体结构进行合理的配置以改善其静液传动系统的控制特性。
二次调节静液传动系统在恒压网络中传递能量时,二次元件不经任何能引起节流损失的液压元件直接与恒压网络相连接,因此它无损耗的从恒压网络中取得能量,而且在恒压网络上可以同时连接多个互不相关的负载,在驱动负载的二次元件上直接控制其位置(转角)、转速、转矩和功率。
基于能量的回收和重新利用而提出的二次调节概念,对改善静液传动系统的效率非常有效。
这种调节技术不但能实现功率适应,而且还可以对工作机构的制动动能和重力势能进行回收与重新利用。
另外,在恒压网络开式回路上可以连接多个互不相关的负载,在驱动负载的二次元件上直接来控制其转角、转速、转矩和功率。
二次调节静液传动系统在控制和功能上的特点,不但为解决静液传动技术中目前尚未解决的某些传动问题,而且为替代有关的传动技术提供了有力的条件。
1.3课题的提出及主要内容
1.3.1选题的意义
1研究表明,对于频繁启动的公交车驱动系统,如果应用二次调节系统,可以节省30%以上的能源,对于起重机驱动系统,理论上可以达到对能源的100%的利用,由此可见,对于二次调节技术的试验研究对于能源紧缺的当今社会无疑具有很大的经济价值和社会价值。
2对于高要求的加载实验台,二次调节技术除了能将机械能转化为液压能达到节能的目的外,还能满足实验台高动态性、参数变化范围大、工况复杂多变等要求。
3.在研究二次调节系统的闭环控制时可以通过提供新的控制规律和控制结构,来满足控制的精度。
由以上三点可以看出,我们将二次调节技术应用于车辆液压传动模拟试验台的研究是十分有意义的。
1.3.2课题主要内容
第一,分析二次调节静液传动系统的组成、工作原理及工作特点;
第二,车辆液压传动模拟系统液压传动原理图的设计;
第三,液压传动系统各项参数、元件的选择、设计及计算;
第四,集成阀块、油箱、泵站的设计;
第五,车辆液压传动模拟系统实验台的设计。
第2章二次调节静液传动系统
2.1二次调节静液传动技术
二次调节静液传动技术是在恒压网络中对二次元件(液压泵/马达)无节流的进行闭环控制的液压传动技术。
二次调节静液传动技术的实现是以压力偶联系统为基础的,这项技术自从1977年由联邦德国汉堡国防科技大学(HochschulederBundeswehr,Hamburg)的H.W.Nikolaus教授在专利中提出,到现在得到了飞速发展。
2.1.1二次调节静液传动技术的特点
2.1.1.1二次调节静液传动技术的优点
第一,与传统静液系统相比,有较高的控制质量;能在四象限中工作,可以回收能量;可不转变能量形式来进行能量的存储;一次元件和二次元件可以分开相当大的距离安装,可以用一个泵站给无数个液压执行元件提供压力油;可用液压蓄能器加速,其加速功率可以是装机功率的几倍,且系统中无压力峰值;可减少冷却费用;由于系统设计功率的减少,可以大大的降低设备的制造成本;大大的提高了系统效率。
第二,与电传动系统相比,闭环控制动态响应快;高功率密度、重量轻、安装空间小;安装功率小;动态特性好。
2.1.1.2二次调节静液传动技术的缺点
1系统的开环可能是不稳定的临界状态,必须注意设计闭环控制系统的稳定性;
2在系统发生故障时需要专门的应急装置;
3由于使用的是交变可逆的二次元件(液压泵/马达)和液压蓄能器,使装机系统的成本有所增加。
2.1.2二次调节静液传动技术的控制策略
二次调节静液传动属于液压技术范畴,因此能应用于液压技术中的控制技术也可用于二次调节静液传动系统中。
比如PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。
此外,还可以进行组合控制研究,把几种控制方法根据需要综合在一起来达到所需要的控制目的。
2.1.3国内外二次调节静液传动技术的研究概况
2.1.3.1国外二次静液传动技术概况
二次调节静液传动技术是在1977年由联邦德国汉堡国防科技大学的H.W.Nikolaus教授首先提出并开始进行研究的。
这项技术发展迅速,特别是德国汉堡国防工业大学与力士乐公司合作进行了实用性研究,把二次调节技术应用到多种机械的静液传动系统中,取得了显著效果。
目前,二次调节应用于很多领域,如用于近海起重机、公共汽车和液压抽油机的驱动装置中进行能量的回收等。
现在只有德国能够把二次调节技术成熟地应用于实际,美国、日本等发达国家也没有完全掌握这项技术。
2.1.3.2国内二次静液传动技术概况
国内对这项技术的研究尚处于理论阶段,自从1989年起,国内从事液压工作的专家也相继进行了试验研究。
1990年哈尔滨工业大学的谢卓伟博士使用单片机组成闭环控制系统进行二次调节技术的实验研究,提出了用PID控制算法来控制二次元件的转速,取得了一定的成果。
1997年,哈尔滨工业大学的田联房博士首次将二次静液传动系统用于扭矩伺服加载技术中,并建立了加载实验台。
2004年哈尔滨工业大学的王慧、李洪人教授针对重型车辆传动二次调节模拟加载实验台的研究,实现了二次调节模拟加载系统的解耦,是系统的控制性能得到了显著的改善。
2005年北京理工大学全套引进了德国力士乐公司的综合传动装置仿真试验台,研究了模拟惯性负载的方法,为综合传动装置的研究和开发提供了有力的实验手段。
国内外对二次调节静液传动技术的研究越来越深入,越来越广泛。
由此可见。
二次调节技术必然有着其它静液传动技术不能比的优点,这也正是我们选题的依据和意义。
2.2二次调节静液传成动系统的组
二次调节静液传动系统的组成如图2-1所示。
一次元件4和液压蓄能器5组成恒压网络,其压力为P0;二次元件由液压泵/马1和变量油缸2组成,其排量为
,输出转矩为
,输出转速为
,变量油缸8的位移为y;
二次元件由电液伺服阀3控制。
图2-1二次调节静液传动系统的基本组成
2.3二次调节静液传动系统的工作原理
图2-2为一个二次调节静液传动转速调节装置,输出端的可逆式二次元件2的排量由变量油缸3进行控制,变量油缸的流量通过二次元件的测速泵4产生。
随着二次元件转速的变化,测速泵产生一定容量的先导控制流量,并在节流阀5上造成一个与二次元件的转速成比例的压力差,在压差的作用下,变量油缸向左或向右移动,改变二次元件的斜盘倾角,进而改变二次元件的排量,排量的变化将引起扭矩的变化,直至变量缸的两端达到力平衡为止。
这一平衡状态可产生与二次元件的任何设定转速,通过改变节流阀的阀口面积,可以使二次元件的转速无级的变化。
当外负载扭矩
发生变化时,将引起二次元件转速
的变化,而转速的变化自动的引起二次元件排量
的变化,直到恢复节流阀所设定的二次元件转速为止。
如果负载扭矩变大,则转速下降,从而导致变量油缸的控制流量变小,压力差下降,变量油缸向右移动,引起二次元件的排量增大,从而使二次元件的扭矩增大,转速回升,直到达到设定值。
1-油箱;2-二次元件;3-变量液压缸;4-测速泵;5-节流阀
图2-2二次调节静液传动转速调节原理
如果将图2-2中节流阀控制变量液压缸改为用电液伺服阀控制,通过改变电液伺服阀的控制信号,同样可以使二次元件的转速无级变化,并且更加方便。
二次调节静液传动系统中的二次元件(液压泵/马达)对负载转矩或转速变化的反应,最终是通过改变液压泵/马达的排量来实现的。
这种调节是在输出区的液压马达源上进行,调节功能通过液压泵/马达自身的闭环反馈控制来实现,而不改变系统的工作压力。
为了能实现能量回收的目的,二次元件能工作在四个象限内,既有泵工况,也有马达工况。
当二次元件工作于泵工况时,向系统回馈能量。
这里可以以改变能量的形式或不改变能量的形式来存储能量,这部分能量即可有蓄能器存储,也可以立即提供给其他用户。
2.4两种静液传动系统的区别
传统的的静液传动系统是流量耦联系统,液压泵的流量一半是恒定的,压力随负载的变化而变化。
二次调节系统是由恒压网络(由一次元件和蓄能器组成的,是压力耦联系统。
二者区别主要在于:
1流量耦联系统是驱动单个负载的典型回路,如果驱动多个负载,必须按照所有负载同时工作时所需的最大功率之和设计安装泵站,因此,这种贿赂的功率损耗大,并且负载之间互相影响;二次调节静液传动系统则可以在开式回路中驱动多个互不相关的负载,并且只需按负载的平均功率之和设计安装泵站,这种回路的功率损失小,负载间的压力也不会相互影响。
2闭式回路流量耦联系统中的液压执行元件(液压马达)可在四个象限内工作,这时要求系统中的液压泵也必须是双作用的;在二次调节静液传动系统中,执行元件(即二次元件)在开式回路中就能工作在四个象限内。
3.在流量耦联系统中,系统液压油的压力大小和液压油进出方向决定了液压马达输出转矩的大小和转动方向;在二次调节系统中,二次元件排量大小和变量机构的运动方向决定了其输出转矩的大小和转动方向。
4在流量耦联系统中,压力的大小由外负载决定,所以系统的液压和机械时间常数对系统的动态性能影响较大,有时甚至起决定性的作用;在二次调节静液传动系统中,其压力位恒定值,所以系统的液压时间常熟对系统的动态性能影响很小。
2.5二次调节静液传动系统四象限工作特性
二次调节静液传动系统中的二次元件是可逆式液压泵/马达,当二次元件从“拖动负载”工况过度到“负载拖动”工况时,可逆式液压泵/马达就由“液压马达”工况过渡到“液压泵”工况。
二次调节静液传动系统的四象限工作原理如图2-3所示的驱动车辆为例进行说明。
在第I象限工作时,驱动车辆加速前进;在第Ⅱ象限工作时,制动车辆减速前进;在第Ⅲ象限工作时,驱动车辆加速后退;在第Ⅳ象限工作时,制动车辆减速后退。
当二次元件工作于第一象限时,为“液压马达”工况。
若取液压马达在第一象限工作室的流量由恒压网络流入液压马达
为正,并定义作为液压马达工作时的排量V2也为正,其液压马达输出转矩
也为正,角速度
为正。
由p=
可得,功率P为正。
这时表示为液压马达输出功率。
在该象限中,
>0;
>0;
>0;
>0;P>0。
流量与角速度
的函数关系可表示为;
图2-3四象限工作方式图
依次类推可知其它象限的工作情况。
可见,二次元件作为液压马达工作时,从系统取得能量驱动车辆;二次元件作为液压泵工作时,在起制动作用的同时,向系统输入能量,供其他装置使用或储存起来供车辆加速时使用。
2.6二次调节静液传动系统二次元件
由二次调节静液传动系统的工作原理可知,凡是能够调节其排量的轴向液压柱塞液压元件都可以作为二次元件使用。
国内专家在进行二次调节的实验研究时所使用的二次元件,大部分都是由柱塞元件改制而成。
德国力士乐公司生产的轴向柱塞液压元件A4VSO-DS,是不需要改造可以直接使用的二次元件。
A4V通轴型轴向柱塞液压元件的主要结构特点是:
1柱塞与传动轴轴线之间成一定得夹角,由此减小了配油盘的直径,这样有利于降低缸体配流面运动的线速度。
同时,柱塞的离心力也有利柱塞的回程,提高了作泵使用时的自吸能力。
为降低噪声、减小死区容积,柱塞末端制成锥体。
2缸体与配流盘之间采用球面配流,这样有利于补偿轴向偏载所引起的附加力矩对缸体产生的倾覆,消除了配有表面之间的倾斜,使支撑的油膜均匀,减小磨损。
3采用渐开线花键轴传动缸体,为防止滑靴作用于柱塞上侧向力对传动轴产生附加弯矩,缸体上花键配合长度的重点位于柱塞头中心的平面上。
为了提高缸体的自位能力,缸体上花键配合长度较短。
4缸体与配油盘之间的预密封采用蝶形弹簧压紧。
5为了使结构紧凑,配油盘端的轴承采用无内圈的圆柱滚子轴承。
6变量油缸两端装有大弹簧,在变量油缸泄压后,可使变量斜盘自动复位。
7通轴型轴向柱塞元件A4V集成了多个控制元件,结构更加紧凑。
特别是应用于闭式系统中,由于轴向柱塞液压元件的高度集成化从而使静液传动系统更加紧凑。
2.7二次调节静液传动系统的应用
2.7.1卷扬机的节能装置
如图2-4所示,当卷扬机提升重物时,液压单元作为液压马达在液压单元(液压泵)的控制下旋转带动滚筒提升重物。
当重物下降时,液压单元作为液压泵向系统供应压力油,经蓄能器存储能量。
其中变量液压缸在电液伺服阀(或电液比例阀)的控制下,调整液压泵排量q,进而控制卷扬机滚筒的下降速度。
图2-4卷扬机二次调节系统
2.7.2公共汽车上的二次调节静液传动系统
市区公共汽车上配备二次调节静液传动系统后节能效果相当显著。
如图2-5驱动在150kw进行加速传动车辆
1-发动机;2-二次元件;3-液压蓄能器;4-二次元件;5-汽车后桥
图2-5二次调节静液传动在公共汽车驱动中的应用
由于二次调节静液传动系统具有如此多的优点,使它在很多领域得到广泛的应用。
国外已将其成功应用于造船工业、钢铁业、大型试验台、车辆传
动等领域。
第3章系统原理设计
3.1加载实验台液压传动系统的结构组成与工作原理
本实验平台是针对检测汽车驱动桥5轴联动装置而设计的实验平台。
它可以将汽车驱动、制动时以及负载运行时所消耗的能量大部分回收进入系统,减少热能流失,改善系统性能,提高系统效率。
二次调节模拟加载实验台由恒压油源及管路系统(一次单元)、模拟加载系统(二次单元)、控制系统、机械支架及实验平台四部分组成,系统原理如图3-1所示。
一次单元1和蓄能器7为整个模拟加载二次单元提供恒压网络:
二次单元实现驱动和负载的模拟;控制系统完成二次元件的转速和转矩控制、系统状态检测与保护等。
其中模拟加载系统为整个试验台的核心部分,它是将4个二次元件以压力耦合方式并联于恒压网络上,通过调节二次元件的排量参数来适应外负载转矩和转速的变化。
二次元件6用来模拟发动机驱动轴动力,一般为转速控制方式,它同电液伺服阀、变量液压缸、转速传感器和控制器构成驱动转速控制子系统:
二次元件2、3、4、5分别用来模拟二桥、左、右轮边负载,一般为转矩控制方式,它们同电液伺服阀,变量液压缸,转矩传感器和控制器构成加载转矩控制子系统。
图3-1汽车驱动桥模拟加载实验台原理图
该加载系统的工作原理为:
首先一次元件系统供油,二次元件6工作于“马达”工况,用来模拟发动机通过变速器、离合器向驱动轴输出的驱动动力。
它通过电液伺服阀、变量油缸、位移传感器、组成变量泵/马达的排量闭环控制,并与变速器、离合器和转速传感器组成动力轴转速闭环控制,用以模拟驱动单元;二次元件2、3、4、5则工作于泵工况,分别用以模拟器车驱动桥输出轴左、右两轮的负载,为转矩控制方式。
它们通过相应的电液伺服阀、变量油缸、和位移传感器组成变量泵/马达的排量闭环控制,并与各自变速器、转矩传感器组成负载轴转矩闭环控制。
系统工作时,来自恒压网络的压力油驱动马达并带动负载泵一起转动,与此同时,负载泵将输出的液压油回馈到系统中,重新用来驱动马达。
这样,恒压油源所提供的能量只是用来补偿执行元件的容积损失和机械损失,驱动马达所需要的大部分能量都来自负载。
由此可见,二次调节装置可应用于循环工作的机械设备中,提高能量的利用率,达到节能的目的;由于该系统主油路中没有节流元件,避免了节流损失,热量产生减少,所以不仅提高了能量的利用率,而且省去了大量的控温费用,还是得系统受温度变化影响减少,大大提高了系统的控制性能;该系统恒压网络的建立关键在于使用了液压蓄能器,它的削峰填谷作用使系统工作更加平稳;并且由于压力耦联使得恒压网络可以连接多个不相关的负载,使得复杂的液压系统得以简化。
3.2加载试验台液压传动系统的设计
液压传动系统作为整个加载试验平台的重要组成部分,设计时必须满足系统工作所需要的全部技术要求,并且静动态性能好,效率高,结
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 二次 调节 技术 车辆 液压 传动 模拟 系统 设计 课件