关键词： 耕整机   犁翻   立旋   绞龙   液压系统   EDEM  

摘要： 稻麦轮作作为长江中下游地区的主要种植模式之一,然而在这种植模式下,常年的干湿交替、淹水以及长期的旋耕和免耕导致土壤硬化、板结、孔隙率低、耕层较浅等问题日趋严重,遏制了稻麦作物产量和品质提升。犁耕可以打破土壤犁底层,将秸秆深埋犁底层,有利于疏松土壤,改变土壤结构,减少病虫害,提升农作物产量。然而犁耕作业后容易导致土垈较大、作业后犁沟和土垡横向移位引起土壤平整度较差、土壤与秸秆混合不充分和秸秆空间分布不均匀等问题,需要后续旋耕或耙进一步整地后才能达到播种整地要求,增加了田间作业工序和成本,影响了稻麦生产效率和效益。 为改善土壤的结构,解决现有技术的不足,本文提出一种“铧式犁翻耕、立式旋耕碎土、横向绞龙输土”的耕整地方案,设计研制出一种犁翻旋耕平整一体机,能够一次作业,完成犁翻、立旋、土壤复位、平地等功能。通过理论计算、仿真模拟和性能试验对耕整机进行设计研究。主要研究内容与结论如下: （1）为了耕整机总体方案设计与分析提供田间作业条件依据,并为建立离散元耕作模型提供数据支撑,在典型稻麦轮作区进行了土壤物理机械特性检测与分析。测试结果表明:土壤类型为粘重型;土壤耕作层的平均厚度13.00 cm及犁底层平均厚度17.40 cm;土壤含水率为21.74%～22.13%;土壤容重为1.37～1.58 g·cm-3;土壤平均坚实度为17.80～1100.00 k Pa。对土壤抗剪切特性和坚实度的力学特性随土壤深度变化曲线分析表明:13.00 cm左右土壤具有明显地分层特性。 （2）为了确定耕整机的总体方案,明确整地作业目标以及各个耕作部件作业顺序,确定耕整机的主要技术参数与液压传动系统方案,并利用三维软件Solid Works建立三维参数化模型,运用虚拟样机技术对关键部件进行整机装配,进行了稳定性分析,完成了整机设计方案的验证。 （3）开展耕整机的关键部件设计与分析。主要包括:确定了犁耕机构的设计与参数分析:犁体数选配为4,犁耕机构的总幅宽为140 cm,犁体安装依次与前进方向偏执配置角为25°5′,犁体纵向间距与犁体幅宽之比为2.1,犁体纵向间距为75 cm;确定了碎土旋耕部件设计与参数分析:旋耕刀选用弧线形侧刀,刀刃最大滑切角为41°15′,刀片回转半径为150 mm,在旋耕轴上呈现螺旋线排列;确定了犁-立旋碎土机构空间位置配置与参数分析:分析立旋刀轴与犁体之间相对位置的影响,明确了立旋刀轴中心与犁体中心的纵向距离为200 mm,立旋刀轴中心与犁体中心的横向距离为430 mm;建立了铧式犁翻垡与立旋旋耕刀撞击抛土运动学模型,得出向后抛土的临界条件,确定机具的前进速度为0.5～1.5 m/s,立式旋耕刀转速为400～600 r/min;确定横向绞龙输土设计:输送绞龙的螺旋叶片直径为320 mm,输送能力为26 t/h,螺距为0.24 m,螺旋轴的直径为76 mm,绞龙最大临界转速为70.71 r/min;完成液压立旋驱动系统与液压绞龙驱动系统的设计,对液压元件进行计算与选型,完成液压驱动系统的搭建与组装。 （4）为了确定耕整机的最优运行参数,提高耕整机作业效果。运用离散元仿真软件进行模拟试验,以机具前进速度、立式旋耕刀转速为试验因素,选取土壤碎土率、地表平整度、秸秆覆盖率作为评价指标,采用Central-Composite试验方法进行试验,试验结果表明:机具前进速度为1.00 m/s,立式旋耕刀转速为571.77 r/min,此时理论地表平整度为16.51 mm、土壤碎土率为88.74%,秸秆覆盖率为92.94%,验证试验表明:地表平整度均值为16.88 mm、土壤碎土效率均值为87.34%,秸秆覆盖率为91.78%,与优化结果基本一致。 （5）为了验证耕整机结构参数与运行参数优化后的合理性,进行田间试验,结果表明:机具平均作业速度为1.00 m/s,立式旋耕刀转速为572.00 r/min,绞龙转速为70.00 r/min时,地表平整度17.56 mm,土壤碎土率85.37%,秸秆覆盖率87.78%,平均耕深200.10 mm,耕深稳定性系数88.69%,平均耕宽1.38 m,耕宽稳定系数为98.09%,整机作业效果良好,各项指标均达到了设计要求。

关键词： 液压系统   综合试验台   应急阀   转向油泵   性能检测  

摘要： 液压元件是液压系统核心的组成部分,其性能的可靠性对液压系统的长时间稳定运行有着十分重要的作用。本文以.Net为操作平台,以PLC为硬件核心,使用自动控制技术、变频调速技术和传感器检测等技术,研发出了一款能够对液压泵阀产品进行性能检测的综合试验台。主要研究工作包括以下几个方面:(1)根据应急阀和转向油泵的性能要求,分别对其试验的液压回路进行了设计,进而确定了液压泵阀综合试验台液压系统的性能参数,完成了综合试验台的液压系统设计,并对相关液压元件进行了选型。(2)分析了综合试验台的控制系统要求,基于模块化思想完成了硬件和软件的总体设计,对电气元件进行了选型,完成了相关电路设计,最后完成了试验台的安装。(3)采用模块化思想,详细地编写完成上下位机的程序模块。上位机程序模块主要包括:通讯模块、数据读取模块、手动模块、数据库模块和自动模块设计,下位机程序模块主要包括数据采集模块、转速控制模块、压力控制模块和温度控制模块,同时完成了人机交互界面的设计,为下一步调试做好准备。(4)分别对某型号的应急阀和转向油泵进行检测,按照试验流程得出结果后对其进行了分析,试验结果充分证明,液压泵阀产品综合试验台可以满足企业的技术要求,可以持续稳定地对相关产品进行性能测试,而且,针对不同类型的液压泵阀,尽管工装不同,也可根据试验需要,对软件和硬件进行重组,完成相应试验工况的检测,综合性很强。

关键词： 航空作动筒试验   液压系统方案分析   控制模型研究   联合仿真分析   试验分析  

摘要： 航空作动筒试验台主要用于在航空作动筒研制过程中通过模拟飞行工况对作动筒性能指标、稳定性等进行测试考核的试验装置。在航空作动筒研发阶段以及量产后的定期试验阶段,试验台的测试结果直接反映了航空作动筒的关键性能参数。液压系统性能指标和控制技术直接影响测试精度,所以试验台的测试性能以及控制技术对航空作动筒性能指标验证至关重要。因此本文开展航空作动筒综合试验台液压系统分析与控制关键技术研究旨在进一步,提高试验台性能,弥补航空作动筒试验台现有研究的不足,确保航空作动筒性能指标测试的准确性、稳定性。 本文主要开展的研究工作及取得的成果如下: (1)开展了航空作动筒综合试验台液压方案设计与方案模糊评价。根据航空作动筒试验要求初步设计了三种试验台液压系统方案①阀控作动筒弹簧缸加载液压系统②双向阀控调压液压系统③电液伺服液压系统,分析对比了三种作动筒试验台液压方案,采用层次分析法建立试验台综合指标评价体系。并基于该评价体系对三种液压系统方案进行了模糊综合评价。评价结果表明:电液伺服液压方案得分最高为最优选择,该方案控制精度高,运行稳定,采用阀控航空作动筒和阀控对称加载缸分别进行位移和力控制,为后续航空作动筒综合试验台液压系统分析和控制关键技术深入研究奠定基础。 (2)开展了航空作动筒综合试验台方案设计及组件分析计算。进行了工作台架设方案计以及液压方案的完善设计。通过对航空作动筒综合试验台加载缸的强度和力加载要求分析,完成了对称加载缸活塞杆直径63mm,壁厚22mm等指标的设计。分析计算了液压系统管路压力损失,阀控加载缸液压系统压力损失0.4MPa,阀控航空作动筒液压系统压力损失0.342MPa,结合压力损失补偿对油源泵组、伺服阀、蓄能器进行分析计算选型。为后续研究提供了数据基础。 (3)开展了航空作动筒综合试验台控制模型研究。根据航空作动筒综合试验台电液伺服液压系统流量连续工作原理和力平衡等效模型,分别建立了阀控航空作动筒位移控制模型和阀控对称加载缸力控制模型。通过对控制模型的数学分析得到了阀控对称加载缸力控制系统传递函数,对非对称缸模型采用加权平均整合得到了阀控航空作动筒位移控制传递函数。开展了传递函数的伯德图分析,检验了控制系统的稳定性。结果表明:阀控对称加载缸力控制系统增益裕量为15.2dB,相位裕量为111°,阀控航空作动筒位移控制系统增益裕量为18.1dB,相位裕量为81.2°,增益补偿后两个子系统均具有较好的稳定性,为力位移混合控制系统研究提供依据。 (4)开展了航空作动筒综合试验台控制仿真分析。结合位移和力混合控制的复杂性,采用AMESim和Simulink建立了液压仿真模型和PID控制策略仿真模型。开展了静态试验和动态试验联合仿真,开展了单一控制因素位移0.5m和加载力50kN阶跃信号静态试验仿真;开展了①频率为0.3Hz,加载力目标曲线恒定幅值为±100kN,不同位移控制幅值,②频率为0.3Hz,位移目标曲线恒定幅值为0.5m,不同加载力控制幅值的两组动态试验仿真。结果表明:静态试验仿真,位移和力控制能稳定保持控制精度优于0.5%,控制系统满足航空作动筒静态试验要求;动态试验仿真,位移控制精度优于0.4%,加载力控制精度优于21%。建立的力和位移混合控制模型能够进行航空作动筒时变载荷与时变位移轨迹的复杂工况模拟,为后文控制优化提供对照依据。 (5)开展了航空作动筒综合试验台控制优化及试验研究。根据模糊控制原理建立了航空作动筒综合试验台力和位移混合控制Simulink模糊PID控制策略仿真模型,开展了 AMESim液压模型和Simulink模糊PID控制模型联合仿真。分别进行了①位移幅值0.5m,位移频率0.2Hz,加载幅值±100kN,加载频率0.4Hz和②位移幅值0.04m,位移频率1Hz,加载幅值±200kN,加载频率0.6Hz的两组动态试验仿真。对比PID控制模型得出结论:采用模糊PID控制策略构建的航空作动筒综合试验台控制系统,在不同的位移、载荷和频率的情况下控制精度均优于PID控制。控制过程振荡现象抑制效果更好。通过自主研制航空作动筒试验台,开展了位移幅值0.04m,位移频率1Hz,加载幅值±200kN,加载频率0.6Hz的动态试验测试,位移控制精度为2.75%,力控制精度为3.05%。试验结果表明:试验结果相比于航空作动筒PID控制策略仿真位移控制精度提提高了 4倍,位移精度提升了 40%,与模糊PID控制策略仿真结果相近。研究结果与仿真基本相符,满足航空作动筒动态试验要求。

关键词： 液压系统   AMESim仿真   林果采摘机   推摇式采收机   油茶果  

摘要： 油茶果采摘机能极大地解放劳动力,提高生产效率,且能显著降低成本,提高种植收益。液压系统对采摘机综合性能的影响至关重要,液压执行元件的参数关系着整个机器的运行稳定性,对采摘的效率也有着不小的影响。因此,开展推摇式油茶果采摘机液压系统的相关研究具有重要的意义。本文主要进行的研究工作如下:（1）根据采摘机性能要求和运动时序,确定液压系统工作方案,设计液压系统原理图,计算各执行元件的最大载荷,以此为依据对各液压元件进行理论计算并确定选型。（2）构建液压系统中典型元件（液压泵、液压缸以及液压马达）的数学模型,为后续液压系统的仿真提供技术基础。（3）基于AMESim软件构建推摇式油茶果采摘机液压系统各回路的仿真模型。以选型计算和对液压元件的数学建模部分为基础,对仿真模型的参数和仿真子模型进行选择。分析了采摘机各执行元件在满载时的流量、压力、工作速度以及工作输出变化特性。仿真结果说明采摘机液压系统在满载时也能稳定工作,满足设计要求。对推摇马达动态特性进行了仿真分析,探究了原动机转速对推摇马达振荡环节波动幅值的影响。（4）针对夹紧回路采用的可调式单向节流阀来控制进入执行元件的流量而导致的流量振荡以及能耗损失,采用溢流节流阀进行方案优化,优化仿真结果表明:优化后的支路系统液压缸的工作响应更为迅速,且工作平稳,系统振荡小。针对定量泵输出流量会随外界负载压力变化而导致推摇马达输出频率不稳定的情况,采用负载敏感变量泵进行方案优化,结果表明:优化后的推摇马达转速不受外部负载影响。

关键词： 直驱液压系统   位移软测量   神经网络   累积误差  

摘要： 液压系统的位置控制在液压系统控制中起到至关重要的作用。目前液压系统执行器(液压缸)的位移量有赖于传感器的测量,虽然传感器的测量精确度高,但其存在价高、安装维修困难、不适恶劣条件等问题。为避免位移传感器带来的问题,本文旨在研究可以替代传统位移传感器的方法。先是针对变转速直驱双泵控系统提出了一种基于状态空间方程的位移软测量方法,分析状态空间方程软测量方法的局限性及适用范围。后考虑液压系统的强非线性关系,又提出了一种基于BP(Back-propagation)神经网络的位移软测量方法,并采用液压缸活塞杆行程中点作为参考点的位移修正方式来提高位移软测量精度,通过试验验证和仿真分析,确定了基于BP神经网络位移软测量方法的精确性及适用范围。论文的研究内容分为以下几个方面:(1)通过对电液伺服系统的分析,采用双泵直驱液压系统方案,并对液压系统组成元件进行分析建模,在MATLAB中建立变转速双泵直驱液压系统的仿真模型,通过试验对比和仿真分析,确认仿真模型的精确性。(2)为了避免位移传感器带来的问题,以电机的转速为主要输入,液压缸活塞杆位移为输出,利用油、泵和缸等相关参数,建立基于状态空间方程的软位移测量方法,从而获得活塞杆的位移信息,降低对位移传感器的依赖程度。在MATLAB中建立基于状态空间方程的位移软测量模型,通过仿真分析,结果表明该模型存在对负载变化不敏感,软测量误差较大。该方法适用于对液压系统参数已知,没有压力传感器和位移传感器,位移测量精度要求在10mm左右的直驱液压系统中。(3)鉴于状态空间方程的位移软测量方法的局限性,利用活塞杆的位移与电机转速、液压缸两腔压力的非线性关系,参考神经网络能高效解决非线性难题,提出了一种基于BP神经网络的位移软测量方法。在试验分析中,位移软测量方法得到的位移与试验值的误差较小,软测量误差在±2.5%以内,最大误差出现在最大位移附近,约7mm。通过仿真对比,软测量误差在±1%左右,最大误差也出现在最大位移附近,同时观察到累积误差的存在。(4)为减小累积误差,采用中点作为参考点对BP神经网络位移软测量方法进行修正。通过仿真分析,表明采用中点作为参考点以减小累积误差的软测量方法可以很好避免累积误差不断增大的趋势,在多周期软测量下的测量误差维持在4mm以内,软测量误差在±1%左右。对两种位移软测量方法进行对比,结果表明BP神经网络位移软测量方法的精度更高,适用于液压缸两腔压力和电机转速已知,对液压系统其他参数未知,位移测量精度要在4mm左右的直驱液压系统中.

关键词： 两挡干式双离合器式自动变速器   液压系统   动态响应特性   一体式液压阀体   实验验证  

摘要： 纯电动汽车以其能源利用率高和零排放等优点,成为我国新能源汽车产业重点研究对象。结合干式双离合自动变速器换挡速度快、传动效率高的特点可以更好地使驱动电机长期处于高效率区间,从而提高车辆动力性与经济性。液压系统作为干式双离合自动变速器的重要系统,作用为输出液压力并控制离合器按照指令完成相应操作,其性能表现将直接影响整车换挡时间、平顺性等关键指标。因此对于纯电动汽车干式双离合自动变速器液压系统的研究将是变速器整体研发过程中的重中之重。本文以课题组自主研发的纯电动汽车两挡干式双离合器式自动变速器(Two Speed Dry Dual Clutch Automatic Transmission,2DCT)为研究对象,围绕其液压系统相关设计与应用方面进行研究和实验验证,主要研究内容如下:(1)通过实验测定驱动电机输出效率,结合车辆行驶工况计算两挡位传动比并设计变速器机械传动系统。针对所设计干式双离合器的换挡特性,建立2DCT液压系统,对系统工作过程中关键参数进行计算并对系统中各液压元件进行选型。(2)考虑到液压系统的动态响应特性会直接影响变速器整体换挡质量,首先对液压系统各元件进行动力学建模,分析液压系统动态换挡特性,引出电磁迟滞现象;其次建立直驱电磁阀多物理场仿真模型,分析影响直驱电磁阀响应特性因素并提出相关优化方法,对直驱电磁阀进行台阶电流与斜坡电流仿真从而得到电磁阀迟滞特性曲线,为后续实验测试与优化提供参考;最后针对所选用液压油进行系统方程计算并分析油液最佳工作温度和压力区间,以便更好地提升液压系统动态响应速度和实际工作效率。(3)针对三段式液压阀体无法较好地匹配纯电动汽车变速器的问题,提出一种新型一体式液压阀体结构设计方法并对液压阀体进行设计。利用有限元分析软件对所设计液压阀体进行结构强度分析,并采用拓扑优化方法对其进行结构优化。对优化后模型进行后期修正处理和结构强度验证,最终满足变速器整机轻量化设计需求。(4)设计并搭建2DCT液压系统实验台与2DCT动力总成实验台。对电机泵自身输出特性、电磁阀动态响应特性与优化以及变速器换挡过程进行系统测试,验证仿真结果正确性。一方面通过实验验证变速器相关元件自身功能与性能表现,另一方面验证变速器液压系统结构设计正确性,为整车动力系统开发及搭载测试提供技术参考。

关键词： 桥梁检测车   结构设计   虚拟样机   有限元分析   刚柔耦合   液压系统  

摘要： 桥梁检测车作为一类为桥梁检修提供专业作业平台的专用车辆,已经成为桥梁检修和保养工程中一种必不可少的设备。针对某双层桥的结构形式和检修需求,本文综合各类传统桥检车的结构特点,设计一种能够在梁下纵桥向行走和横桥向检测的新型轨行式桥检车,进而在覆盖检测区域的同时,实现全桥一车检测。完成动力学、有限元以及刚柔耦合等仿真分析后,研制实物样机完成相关试验验证工作。主要开展了如下工作:(1)桥检车整车结构设计。首先,基于桥体结构和检测需要,明确桥检车的整体设计方案。其次,对轨道、走行机构、转盘、桁架和臂架等装置分别进行设计并完成相关功能性验证试验。(2)运动路径规划和动力学仿真分析。首先,利用多体动力学仿真分析软件ADAMS建立桥检车多刚体虚拟样机,并进行运动路径规划,获取液压缸运动参数。其次,运用虚拟样机中的优化设计方法,通过调整油缸的铰点位置优化油缸的最大受力。(3)静力学分析和模态分析。根据动力学仿真结果确定桥检车危险作业工况,借助有限元分析前处理软件Hyper Mesh完成有限元模型简化和网格划分,并运用大型有限元软件ANSYS进行静强度校核和模态分析。(4)臂架刚柔耦合分析。借助ANSYS生成大臂、中间臂的模态中性文件,在ADAMS中建立桥检车臂架刚柔耦合虚拟样机,仿真获取油缸的受力状况,并在考虑柔性体变形影响的情况下监测吊篮与桥梁之间的间隙,实现对吊篮与桥梁是否发生碰撞的识别。(5)液压系统设计。根据桥检车的作业状况,设计满足各构件运动的液压回路,制定液压系统原理图,确定主要液压元件的参数和型号。并通过试验对液压系统的功能性进行验证。

关键词： 静液压传动   装载机   AMESim仿真   控制策略  

摘要： 装载机的传动系统主要包括液力传动、机械传动和静液压传动等类型。液力传动具有良好的自适应性,但高效区较窄。机械传动结构简单,传动效率高,但换挡操作繁琐,且换挡过程伴随着功率流的中断,对于变速和换向频繁的机械的生产率有不利影响。静液压传动采用容积调速的方式,液压泵流出的液体输入到液压马达,不会发生溢流损失,比液力传动具有更高的效率、结构布置更灵活且操作相对简便。本文针对某7吨装载机确定了一种单泵—双马达静液压传动系统方案,基于该静液压传动系统制定了一种调速控制策略,在AMESim环境中进行了基于此调速控制策略的整机系统仿真,通过试验验证了静液压传动系统仿真和控制策略的正确性。本文主要研究内容和结论如下。（1）确定了某7吨装载机单泵—双马达静液压传动方案。通过对装载机行驶阻力和铲装阻力的计算实现对发动机的选型,分析了所选发动机的外特性与万有特性曲线,以此为基础搭建出发动机数学模型,对发动机调速特性方程进行了拟合,得到了发动机的动力性调速曲线与经济性调速曲线。对比了单泵—等排量双马达回路系统与单泵—不等排量双马达回路系统的工作特性,分析了泵控双马达闭式液压回路的转速特性和转矩特性。确定了静液压传动系统的工作压力,对静液压传动系统方案中的液压泵、液压马达等主要液压元件进行选型匹配。在AMESim环境下,针对某7吨装载机静液压传动系统回路搭建出整体仿真模型。（2）针对装载机V型作业工况提出了一种调速控制策略。对装载机静液压传动系统的调速特性进行了分析,结合装载机V型作业工况的特点将整个作业分为空载前进阶段、铲掘阶段、满载倒车阶段、满载前进阶段、以及空载倒车阶段,制定出一种针对装载机V型作业工况的调速控制策略,分析了装载机车速与变量泵排量控制信号、变量马达排量控制信号之间的关系,借助AMESim—Statechart工具完成控制算法的编译实现对装载机V型作业工况下的控制。（3）利用在AMESim平台中搭建的静液压传动系统整体模型对装载机V型作业工况进行了仿真分析。在V型作业工况下,采用提出的单泵—双马达静液压传动系统调速控制策略,结合整体模型进行了仿真,得到了装载机在此工况下各系统参数的变化情况,包括装载机车速、发动机转速、牵引力、系统流量、泵排量比、马达排量比和系统压力等。（4）在V型作业工况下对装载机进行了基于调速控制策略的循环试验。将制定的控制策略和算法写入控制器,对静液压装载机的V型作业工况完成情况进行了测试,采集了装载机的车轮转速、发动机转速、系统流量、泵排量比、马达排量比和系统压力等数据。对比了装载机V型作业工况下各参数的仿真结果与整机试验数据,发现发动机转速、装载机车速、液压系统的压力与流量、泵和马达排量比及牵引力等参数的仿真与试验结果基本吻合,证明了调速控制策略的合理性。

关键词： 液压机器人   轨迹规划   电液比例控制   建模仿真  

摘要： 因具有驱动力矩大、传递运动平稳以及易于过载保护等特点,液压机器人在重载高精度应用领域具有较大的发展前景。但液压驱动带来的强非线性、参数时变性和负载复杂多变性等问题,使得机器人实现高精度控制的难度加大。本文以液压驱动的五自由度码坯机器人为研究对象,进行了运动学和动力学分析、末端轨迹规划、液压驱动系统设计和位置跟踪控制的研究,并通过软件建模进行仿真实验。具体的研究内容,如下所示: 使用改进D-H参数法,建立液压码坯机器人的运动学模型,通过正运动学分析得到各关节坐标系间的齐次变换矩阵,使用解析法求得逆运动学的封闭解,对结果进行仿真验证。并通过几何结构的分析,确定了液压码坯机器人关节空间与驱动空间之间的函数关系。 基于运动学模型,使用蒙特卡洛法对码坯机器人的可达工作空间和末端姿态受限情况下的工作空间进行求解和分析。分析了在关节空间与笛卡尔空间的轨迹规划方法,并对液压码坯机器人在关节空间中进行轨迹规划,以无冲击和时间为优化目标,设计了五次多项式与梯形速度相结合的轨迹规划方法。通过仿真实验对比,得到按轨迹运行过程机器人关节加速度平滑无突变。 使用拉格朗日法,建立码坯机器人机械臂部分刚体动力学的数学模型,得到各关节处驱动力矩的动力学方程。利用Adams软件搭建码坯机器人的虚拟样机模型,在虚拟样机模型和数学模型给定相同的末端轨迹,对得到的各关节力矩曲线,验证了所建立动力学模型的正确性,并对建模误差进行分析。 对码坯机器人液压驱动系统中各组成部分的工作原理进行分析,并对驱动系统中的控制元件、执行元件和反馈元件进行数学模型的建立,最后得出驱动系统的传递函数。运用控制理论的相关知识分析其中各参数对系统动态特性产生的影响。以易于控制和节能为指标设计了码坯机器人的液压驱动系统,在AMESim中建立参数化模型,对驱动系统进行仿真分析。利用AMESim中的液压驱动系统模型与Adams中动力学模型进行联合仿真,分析码坯机器人对期轨迹的跟踪性能。

关键词： 钛合金拉弯机   同步控制   阀控缸系统   联合仿真  

摘要： 随着材料成型技术的发展,钛合金型材因为性能优越被广泛应用于飞机和汽车制造行业。钛合金拉弯机是钛合金型材制备的关键设备,设备精度将直接影响生产型材的质量。所以分析拉弯机的工况,设计出符合性能要求的液压系统回路对拉弯机型材生产具有重要意义。本课题从钛合金拉弯机拉弯成型动作过程出发,分析拉弯机的工况并设计相应的液压回路,并对拉弯成型过程中起关键作用的拉弯回路同步控制重点分析与仿真。本文着重分析拉弯机的液压系统及控制策略。首先对钛合金拉弯机的工作原理进行介绍,分析各工况下液压系统需要完成相应的动作,然后按照动作需求设计液压回路。其中拉弯回路的两液压缸同步运动带动转臂转动从而使工件弯曲到达指定角度,所以两液压缸的同步误差值将直接影响到工件的精度。文章重点讨论了不同同步控制方式下系统的同步误差值的大小情况,分析比较得出最优方案。在对拉弯回路仿真过程中,利用AMESim软件对液压系统中各组成元件进行建模。通过改变元件库中各个元件的参数实现搭建模型与选用元件样本性能的一致。为保证精度能够达到要求控制部分采用闭环控制的方式,在Simulink中构建控制部分,两个软件的联合仿真充分发挥各自的优势。对比不同的控制方式下偏载对液压缸同步误差的影响,最终得到保持系统稳定与减小偏载影响的同步控制方式。对于得到最优的控制方式,在大偏载干扰下液压缸的同步误差仍处于较大的范围。为提升系统性能对原有的控制策略进行优化,将传统的PID控制器替换为适应性更强的模糊PID控制器,运用Simulink与AMESim两个软件的联合仿真来验证优化方案的正确性,使拉弯回路同步误差控制在允许的范围之内。