关键词： 环缝钻车   液压系统   负载敏感系统   隧道掘进   AMESim仿真  

摘要： 随着我国隧道掘进长度的增加,隧道掘进效率和自动化掘进并重的观点在安全掘进中日益凸显,特别是需要使用非爆破型钻孔方式的场合。环缝钻车在振动、噪音、精确控制和静态掘进钻孔等方面有显著的优势。目前环缝钻车方面的液压系统的设计几乎没有。本文依据环缝切割的机理和定位功能的要求,对环缝钻车的行走液压系统、平移回转液压系统以及推进钻削液压系统等进行了研究,并利用AMESim仿真软件对液压系统进行了仿真研究。（1）首先,通过分析环缝钻车的设计指标及实际工况需求,确定了环缝钻车行走液压系统、平移回转液压系统以及推进钻削液压系统的设计方案。根据具体的实际工作情况,分析钻车液压系统的效率。对行走液压系统进行力学分析,得到钻车不同工况下的最大牵引力。（2）其次,根据各个动作的机理和液压控制方式的分析,设计了钻车整体液压系统原理图,对各模块的液压参数进行了分析计算。而且对回路中关键的液压元件进行了计算和选型,如液压缸、回转驱动器、行走马达以及液压泵等。（3）最后,建立了环缝钻车关键元件回路、行走回路、平移回转回路和推进钻削回路的AMESim仿真模型并进行仿真。对环缝钻车的上、下坡和平地行驶的工况进行仿真,通过行走液压回路的响应曲线的分析,验证了行走液压马达动作波动后及时稳定,符合工况和设计需求。在定位过程中,对平移回转液压系统的相互协同动作工况进行仿真。通过分析各执行器的特性曲线,验证了五种定位执行器相互协同动作的稳定性和可靠性。在钻削工作中,对推进钻削液压系统的钻筒变负载的工况进行仿真,得到了工作装置不同的响应曲线。基于阀后压力补偿器的负载敏感变量泵对解决钻筒的变载荷冲击的效果理想,并具有较强的速度刚度。且工作装置液压系统的抗流量饱和能力与设计的预期值基本一致。以上研究验证了系统设计满足要求,并为相似工程机械的液压系统设计与研究提供了方法和思路。

关键词： 锻造液压机   正弦泵   液压系统   控制系统  

摘要： 泵控锻造液压机具有传动系统结构简单、响应速度快、灵敏度高、运行过程平稳等优点,广泛应用于自由锻造生产领域。本文结合22MN泵控锻造液压机技术改造工作,对其系统及相关技术展开研究,深入分析其组成和工作原理,研究其液压系统动态特性,设计控制系统体系结构,并对相关软件进行了开发。论文对22MN泵控锻造液压机液压系统工作原理进行研究,对正弦泵(双向变量径向柱塞泵)工作原理、液压机液压系统回路的作用和压机整体动作过程以及控制方式进行了研究。利用AMESim软件建立了正弦泵双向变量机构液压伺服控制系统模型和锻造液压机液压伺服控制系统模型,并对其动态特性进行了仿真研究分析,仿真结果表明22MN泵控锻造液压机系统具有较高的响应速度以及动作平稳性。同时对22MN泵控锻造液压机机组控制系统进行了研究,基于PROFINET工业以太网技术,设计了相关控制系统,开发了机组控制软件,并进行了现场调试应用。22MN泵控锻造液压机机组运行结果表明:经过全面技术改造后保持了原有系统的各项技术参数,压机锻造精度控制在±1mm,常锻锻造频次达到30次/min,快锻锻造频次达到60次/min,压机下压速度和提升速度分别为105mm/s和150mm/s,主缸最大压力达到35MPa,并且系统的自动化程度、响应速度和控制性能均有较大提升,并且控制系统体系结构简单,机组的可靠性及可维护性得到了很大提升。

关键词： 液压系统   油液含气量   自动检测装置   在线检测   测量精度  

摘要： 液压油是液压系统的“血液”,其理化性能对整个系统的性能有重要影响。液压系统在工作时,液压油中常溶混有气体,会对液压系统和元件造成危害,如降低系统稳定性、产生气蚀现象、引发振动和噪声、造成系统高温等。而气体常以微小气泡和溶解态的形式存在于油液中,难以检测和量化,因此,研制一种油液含气量在线自动检测装置,将油液含气量作为液压油品质的一项重要指标去监测和控制,对提升系统工作性能和可靠性具有重要意义。本论文针对液压系统中油液含气量的检测进行了研究,研制了一种油液含气量在线自动检测装置,通过误差分析和对比试验,验证了其具有较高的检测精度,并将其应用于工程机械液压系统中,探究了系统不同回油方式对油液含气量的影响。主要的研究内容如下:（1）研制了一种油液含气量在线自动检测装置。该装置基于真空压差法,利用活塞抽真空的方式进行油液的取样和油气分离,采用步进电机带动齿轮齿条的方式控制活塞的位移,通过传感器测量油样油气分离前后的压力、温度以及活塞位移的变化,进而计算出油液的含气量。根据油液含气量的检测原理,编写了对应的控制程序,使检测装置能按照设定完成对油液含气量的在线自动检测。（2）对油液含气量在线自动检测装置的测量精度进行了理论分析和试验验证。首先分析了装置的主要误差来源对油液含气量计算结果的影响,然后采用误差传播理论推导计算了油液含气量检测装置的最大绝对误差,最后通过重复性检测试验和与取样静置法的对比试验,验证了所设计的油液含气量在线自动检测装置具有较高的检测精度和稳定性,满足项目和后续试验的要求。（3）搭建了工程机械液压油箱的可视化试验台,应用所设计的油液含气量在线自动检测装置,探究了系统不同回油方式对油箱中油液含气量的影响。结果表明,油液含气量在线自动检测装置能够有效区分不同回油方式对油液含气量造成的影响,且与通过可视化油箱和可视化吸油管路观测到的结果基本一致。采用自下而上的回油方式可使油液含气量较自上而下回油降低10%以上,而安装消泡回油过滤器后可使油液含气量降低48%以上,说明了该装置可用于判别液压油箱不同除气方法的除气效果。

关键词： 掘锚并行   临时支护机器人   运动学分析   动力学分析   AMESim仿真  

摘要： 针对复杂地质条件煤矿巷道掘进中的临时支护难题,按照“掘锚并行,智能协同”的掘支系统设计理念和“卸压不离顶,滚移自适应”的临时支护设计理念,提出一种履带式龙门支护机器人系统,旨在及时支护工作面空顶区域,实现掘进与支护并行作业,提高巷道掘进和支护的安全性和高效性。研究分析了复杂地质条件下煤矿巷道掘进对临时支护和永久支护的需求,提出了能够与掘进机器人协同作业的煤矿巷道履带式龙门支护机器人系统,设计了掘支机器人系统、履带式龙门支护机器人系统总体方案,制订了基于新型掘支机器人系统的工艺。研究并设计了履带式龙门临时支护机器人和龙门钻锚机器人本体结构,包括行走履带机构、龙门框架机构、钻锚机构以及支护同步带机构等,完成了支护机器人的液压油缸与液压马达的参数计算和选型。建立了临时支护机器人的运动学模型,得到其钻锚机构正运动学与逆运动学方程,利用MATLAB的Robotics工具箱对钻锚机构的工作空间进行了仿真,得到了工作范围。利用ANSYS完成了临时支护机器人龙门式机架以及支护同步带机构的强度以及振动位移变化分析;理论分析了临时支护机器人行走稳定性与滑移性,利用RecurDyn建立不同工况的临时支护机器人动力学模型,并进行巷道直行、爬坡以及转向状态的动力学仿真,结果表明临时支护机器人的液压立柱工作阻力、马达驱动力矩等参数符合要求。依据巷道掘进实际工况条件,借助于CAXA建立临时支护机器人的支撑机构和行走机构的液压原理图,采用AMESim软件进行液压马达以及液压缸系统仿真,仿真结果表,明:液压马达与液压油缸压力、流量随着负载敏感泵调节在短时间内能够达到稳定状态,液压立柱同步性以及液压马达性能在机器人直行、爬坡和转向工况下,能够满足机器人正常工作要求。

关键词： 液压系统   组合阀芯   线性流量系数   双目标优化  

摘要： 液压阀流量特性是影响液压系统控制精度的重要因素,其中阀口流量系数又是流量特性的关键参数,工程上一般认为阀口流量系数为常量,实际上在小开口度和小压差情况下阀口流量系数变化具有非线性。有效的控制策略可以提高控制精度,但是液压系统具有不稳定、调节过程复杂且参数敏感等特点,而具有线性流量系数的液压阀能降低控制策略的复杂性提高控制精度。论文针对不同的阀芯结构,以线性流量系数和能量损失为目标,探究阀芯的流量系数线性特性,并进行了阀芯结构的优化。具体的研究内容如下:(1)传统阀芯流量系数线性特性研究基于Solidworks和Fluent仿真软件,建立传统座阀流道模型,分析了阀腔内流道参数的分布特征并结合座阀的几何结构,得到传统阀芯的阀口过流面积。分析了半锥角和锥部高度对阀口流量特性与能量损失的影响,得到半锥角和锥部高度的最佳参数,为锥阀流量系数线性特性研究和组合阀芯结构设计提供基础。对不同开口度下的传统座阀进行了流量系数的计算,并利用Origin软件分析了流量系数的残差平方和,得到传统阀芯阀口流量系数的线性特性。(2)组合阀芯设计及双目标优化基于线性流量系数对阀芯的母线方程进行分析,提出了一种母线为前段曲线后段直线的新型阀芯结构。通过数值模拟并分析了四种组合阀流量系数的残差平方和,得到较佳的组合阀芯结构。组合阀芯曲线的参数会影响阀口的流量系数和能量损失,利用距离相关系数确定相关性最大的结构参数,利用Design-Expert软件设计响应面试验,并利用双目标优化法进行了阀芯结构的优化,得到流量系数线性特性最佳的组合阀芯。(3)实验验证分析设计并加工出了试验阀体、阀芯螺纹套和八种结构阀芯,基于RCYCS-B液压综合测试实验台进行低压条件下实验,验证了不同结构阀芯的流量系数特性,为液压阀芯设计与液压系统控制研究提供了一定参考。

关键词： 履带式起重机   自由落钩   液压系统   仿真模型   动态刹车   控制策略  

摘要： 随着科学技术的发展,工程机械行业对系统控制要求也越来越高。多功能履带式起重机作为应用范围最广的工程机械,其自由落钩的功能开发与性能优化一直是行业内研究热点,具有重要的理论与工程应用意义。本文基于国内外仿真技术与控制方法研究现状,以某公司多功能履带式起重机自由落钩系统为研究对象,以补偿系统非线性环节,实现自由落钩柔性刹车为目的。分析了多功能履带式起重机自由落钩系统原理、减速机离合器原理,建立了系统的仿真模型。对系统非线性环节进行了试验研究,并进行了相应的控制补偿;通过踏板电流重新分布,提高了刹车踏板控制制动扭矩的分辨率;通过控制踏板输出电流斜率,实现自由落钩柔性刹车。本文论文主要研究内容如下。首先,通过总结国内外履带式起重机自由落钩系统研究基础,结合现有技术现状、设备条件、成本限制等因素,提出一套合理解决方案。其次,分析自由落钩液压系统、卷扬系统、机械传动系统、控制系统等进行系统分析,建立仿真模型。通过仿真与试验明确两种不同原理与比例阀对离合器控制精度的影响。最后综合应用比例阀滞环补偿、踏板档位重分配、踏板电流重分布、输出电流预调控等手段,优化自由落钩动态刹车效果,提高系统操控性,降低刹车冲击。通过控制器输出信号的检测与重新调整,降低比例阀滞环至少60%,大大提高了自由落钩刹车力矩的控制精度。通过大量试验数据,明确不同负载下有效刹车区间,进而通过踏板输出电流的精准分布,将踏板有效控制角度由4.8°提升至6.2°,有效控制区间扩大了29%。通过对动力优先电磁阀的重新选配,缩减动力优先时间47.5%。通过不同吊重下的整机试验,验证仿真模型与优化方案的有效性,取得了企业领导与操作手的一致认可。

关键词： 起升液压系统   回转液压系统   机液一体化热仿真   热分析   节能减排  

摘要： 当今中国经济高速发展,为了迎合高层以及超高层建筑的需求,能提供2000t·m以上起重力矩的大型和超大型塔机逐渐占据市场。全液压塔机由于液压传动功率密度大,易获得较大的输出扭矩,工作平稳的特点,是大型塔机的首选。动臂式变幅塔机更能够适应狭小空间的作业,所需的回转空间更小,能够满足塔机集群作业的要求。全液压动臂式塔机多为闭式液压系统,以柴油机作为动力输入。然而由于油液的循环特点,闭式散热性能不及开式系统,在重载、连续工作时经常出现液压系统温升严重的问题,不但引起资源的浪费,也对塔机工作性能产生严重影响。在国家大力推行节能减排理念的背景下,对全液压动臂式塔机工作机构液压系统发热研究具有重要意义。本文以某型号全液压动臂式塔机工作机构液压系统为研究对象,针对起升机构和回转机构液压系统的发热问题,进行仿真研究。通过AMESim仿真软件中热液压库、THCD库、Thermal库、机械库和平面机械库对液压系统的发热进行元件级建模,更加真实的模拟泵和马达的实际变量过程和液压系统的温升情况。利用平面机械库模型代替传统信号输入,搭建起升机构和回转机构机液一体化热液压模型,使仿真结果与实际工作状态更加吻合。通过仿真曲线和样本对比,对泵和马达模型的输出特性进行验证。基于功率损失法和热力学理论,验证了热液压模型的正确性。在设定的仿真工况下进行仿真,仿真结果表明:（1）在单独动作工况下,起升机构完成5个工作循环,运行2200s,液压系统温度达到83.3℃,超出了工程机械液压系统最高工作温度80℃。回转机构完成10个工作循环,运行1200s,液压系统温度为26.6℃。（2）在复合动作工况下,起升机构和回转机构交替完成5个工作循环,运行1700s,起升机构液压系统温度为76.9℃,回转机构液压系统温度为65.8℃,对比单独动作工况系统温度上升更加迅速。（3）通过改变影响液压系统温度的各项参数,进行仿真,对比参数更改前后的系统温度曲线,明确了液压系统温升过高是由于自然状态散热功率不足造成的,证明了闭式液压系统中加装风冷散热器的必要性,也为塔机的操作使用提供指导。通过分析主要产热元件,对液压系统的节能设计提供指导。对于无法降低的热量,设计一种温差发电式节能降温油箱对热能进行回收,转化的电能被用于油箱的散热,达到节能减排的目的。本文采用平面机械库模型代替传统机械和信号模型,实现机液一体化热液压仿真,仿真结果更符合塔机实际工作温升。本文研究结论的应用,不仅仅局限于塔机闭式液压系统的设计上,也为其他工程机械液压系统的设计提供指导。

关键词： 采棉机   打包式集棉箱   液压系统   AMESIM  

摘要： 在国内棉花机械化采收需求逐年增大的大形势下,为了提高我国自主研发采棉机的核心竞争力,必须改进采棉机各个子系统的结构性能,尤其是液压系统的综合性能。在上一代采棉机样机的液压系统基础上,分析GM2-V32型采棉机液压系统的问题:特别是不稳定、泄露严重、能量损失严重、控制系统自动化程度不高等原因。在研究国内外液压系统先进技术的成果基础上,首先对采棉机采棉工况下各执行机构进行深入分析,随后对采棉机采棉头、棉箱和风机等液压传动部分重要元件进行精细化选型、完善采棉机液压原理图,最后分别增加了液压节能系统以及对传统集棉箱升级为打包式采棉机两个重要优化内容,在AMESIM软件中仿真证明所设计的液压传动系统符合采棉机的实际采棉工况下的技术要求。在牵引式GM2-V32型采棉机(以下简称新型采棉机)在实际采棉过程中,为了防止垂直摘锭采摘头中滚筒、脱棉刷以及其他工作部件出现卡死不转等故障,设计了能量回收式采棉头间距控制液压系统,防止采摘头摘锭刮擦棉株、破坏棉田。实现在采棉箱翻转下降时的重力势能回收,将回收能量用来控制两组对用的采棉头距离。通过AMESIM对采棉头防卡液压系统进行了仿真,仿真结果显示:在棉箱翻转卸棉的过程中,蓄能器收集的能量可供三组采棉头防卡液压缸往复工作2次,且系统压力和流量均满足实际采棉过程中的防卡设计要求,此系统降低了采棉机液压传动系统的复杂程度,同时降低了系统成本。针对传统网箱式集棉箱收纳棉花率较低等问题,确定了液压缸导向预紧式打包集棉箱的整体结构,设计了一种通过负压风机系统进行棉花输送的打包式棉箱液压传动系统,提升打包式集棉箱收获效果、集棉箱体积减小、压实效果更好、运输与装载更便捷。完成了风机液压马达、液压泵和液压缸等主要执行元件参数的确定与选型。通过AMESIM对打包式集棉箱液压系统适用可靠性进行了仿真,仿真结果显示液压系统稳定且压力和流量均满足要求。该设计促使采棉机向小型打包棉箱方向发展,为农业机械打包式收集作物提供了新的发展方向。基于西门子S7-1200设计了新型采棉机的液压控制部分,完成了CPU与HMI触摸屏的的选型与相关程序的编辑与仿真。最后使用Portal V15软件中的PLCSIM进行仿真模拟,结果显示CPU内梯形图与HMI屏符合设计要求,达到了采棉机控制的预期目标,为以后采棉机智能化采棉控制部分做铺垫。

关键词： 虚拟现实   增强现实   Unity3D   液压传动  

摘要： 针对传统《液压传动》教学课程存在教学理论抽象、设备有限、教学成本高、实验时间短等问题,教学模式逐渐向虚拟现实技术和增强现实技术与信息化相结合的方向转变。在此背景之下,以液压传动课程为研究对象,结合教育部教改要求,研究并开发VR/AR的液压传动教学系统,为“新工科”发展提供了一种新的教育途径。本论文的主要工作如下:（1）液压传动仿真教学系统整体框架的搭建。通过对VR教学系统的文献阅读和调查研究,叙述了虚拟仿真教学系统的教学理论及虚拟仿真认知模型,明确了虚拟液压传动仿真教学系统的关键技术和建立液压虚拟教学系统的整体开发内容和教学内容的展现形式,结合Unity3D、Vuforia和My SQL等软件和技术搭建液压传动仿真教学系统的整体框架;（2）液压实验场景的模拟。利用Solidworks软件构建液压元件库模型,并借助PS、3Ds Max等工具对模型渲染、贴图等优化处理,使其更加逼真。然后,导入虚拟现实开发引擎Unity3D场景中,通过添加碰撞器、动画、材质等,模拟真实实验场景;（3）系统界面设计。利用Unity中的UGUI设计了系统管理界面、液压实验教学选择界面、液压元件操作界面、液压回路操作界面等交互界面;并用C#语言实现界面和场景切换控制;（4）教学系统功能实现。基于Unity3D开发引擎,结合C#编程语言,针对不同的应用场合,分别设计开发虚拟现实液压传动实验教学PC端系统和增强现实液压元件教学手机端系统。其中,虚拟现实液压传动实验教学PC系统实现了登录注册、虚拟液压元件拆装、液压回路实验模拟、自我评测等功能;增强现实液压元件教学手机端系统实现AR扫描、虚拟模型放缩、旋转、拆装等功能。

关键词： 高压流量放大阀   装载机   转向液压系统   设计研究  

摘要： 转向液压系统是轮式装载机中最为重要的液压系统之一,直接影响整机的安全性能、作业效率、能耗及操作舒适性。目前轮式装载机转向液压系统存在非转向工况下高压溢流,因起止时刻振动而操作舒适性较差,高速行走时出现转向"发飘"等问题。通过详细阐述一种新型高压流量放大阀的特性及控制功能和装载机转向液压系统的特点,研究装载机转向液压系统中高压流量放大阀的设计理念及设计特点,以提高装载机的转向舒适性、安全可靠性和能量利用率。