一种小冲击高性能液压缸双向制动阀的研究

发布时间：2017-03-23 11:00

  本文关键词：一种小冲击高性能液压缸双向制动阀的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液压缸是液压系统中用来实现往复直线运动的重要执行元件,被广泛应用于大型重载液压设备之中。当液压缸快速制动时,油路被瞬间切断或换向,在运动元件惯性的作用下,液压缸制动腔会产生很大的冲击、振动和噪声。目前,缸内缓冲或缸外制动均可对液压缸起到很好的制动效果,但是仍然存在一些问题。缸内缓冲只能对液压缸活塞运动到缸体端部时的情况进行缓冲制动;缸外制动中的换向阀制动只适用于低速、轻载的液压系统中;缸外制动中的溢流阀制动会因压力超调而存在冲击和振荡;缸外制动中的电液比例阀制动效果理想,但其价格昂贵,对工作环境要求很苛刻,且无法在系统突然断电的情况下起到制动作用。特别地,当高速重载液压缸需要在任意行程位置停止或系统因故障断电时,如不能很好地制动,将造成很大的冲击、振动和噪声,会对执行元件、控制元件和管路造成极大的威胁,甚至可能导致事故(如翻车)的发生。针对该问题,论文首先研究了液压冲击的成因、危害及预防措施。在查阅大量关于液压缸缓冲制动文献的基础上,总结了国内外现有液压缸制动方法的优缺点及使用场合。在此基础上,根据常用基本液压阀的功能特性和负载敏感技术的反馈控制原理,设计了一种液压缸双向制动阀。该制动阀同时结合了液动换向阀、梭阀、负载敏感节流阀等各自的优点,既能实现制动力与负载惯性力相匹配的快速平稳制动,又能实现液压缸两个运动方向的制动,还能在制动完成后实现驻车。在给定工况下,论文对该制动阀的结构进行了详细设计和三维建模。然后,对该制动阀的制动过程进行了动态建模,并利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析。分析结果表明,该制动阀在给定的工况下能实现液压缸的快速、平稳制动,并且避免了在制动过程中产生较大的冲击和振动。论文还分析了该制动阀在不同工况下或改变阀本身结构参数时的制动效果。研究结果表明,负载质量和初速度在较大范围内变化时,该制动阀仍能够实现液压缸的合理制动,该阀对工况变化具有较强的适应能力。同时,通过研究负载敏感节流阀阀芯上节流孔当量直径的变化对制动效果的影响,证实了该制动阀结构参数的合理性。论文在相同的工况条件下,对先导型溢流阀制动和液压缸双向制动阀制动进行了比较研究,利用MATLAB/Simulink软件对其制动过程进行了仿真分析,从压力变化、制动时间和制动距离三个方面进行了比较。结果表明,在相同工况下,液压缸双向制动阀的制动距离短,制动时间短,并且在制动过程中压力变化平稳。该制动阀的制动性能明显提升了很多,更能够满足液压制动的要求。
【关键词】：液压缸 液压冲击 负载敏感技术 双向制动阀 溢流阀制动 MATLAB/Simulink
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 液压冲击现象概述12-15
• 1.2.1 液压冲击产生的原因13-14
• 1.2.2 液压冲击的危害14
• 1.2.3 液压冲击的预防和减轻措施14-15
• 1.3 液压缸制动国内外研究动态15-21
• 1.3.1 液压缸制动的意义15
• 1.3.2 液压缸制动方法15-21
• 1.4 本论文的主要研究内容21-23
• 第二章 液压缸双向制动阀的原理设计23-33
• 2.1 关于溢流阀制动问题的研究23-26
• 2.1.1 溢流阀功用与性能23-24
• 2.1.2 先导型溢流阀制动回路的工作原理24-25
• 2.1.3 先导型溢流阀制动问题的提出与解决25-26
• 2.2 负载敏感技术26-28
• 2.2.1 负载敏感技术的定义26
• 2.2.2 负载敏感系统的工作原理26-28
• 2.2.3 负载敏感技术的国内外应用现状28
• 2.2.4 负载敏感技术的特点28
• 2.3 关于制动组件制动问题的研究28-30
• 2.3.1 制动组件制动回路的工作原理28-30
• 2.3.2 制动组件制动问题的提出与解决30
• 2.4 液压缸双向制动阀系统回路的设计30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 液压缸双向制动阀的结构设计33-49
• 3.1 液压缸双向制动阀结构原理33-35
• 3.2 液压缸双向制动阀结构方案的确立35-38
• 3.2.1 叠加阀式的结构设计方案35-36
• 3.2.2 集成阀式的结构设计方案36-38
• 3.3 液压缸双向制动阀的设计38-47
• 3.3.1 电磁换向阀与液动换向阀的设计38-39
• 3.3.2 固定节流阀的设计39-40
• 3.3.3 梭阀的设计40-42
• 3.3.4 单向阀的设计42-43
• 3.3.5 负载敏感节流阀的设计43-47
• 3.4 液压缸双向制动阀的功能特点47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 液压缸双向制动阀制动效果的仿真研究49-63
• 4.1 液压缸双向制动阀仿真模型的建立49-54
• 4.1.1 液压缸双向制动阀制动系统动力学模型的建立49-51
• 4.1.2 液压缸双向制动阀制动系统数学模型的推导51-52
• 4.1.3 Simulink仿真模型的建立及参数设置52-54
• 4.2 液压缸双向制动阀的仿真与分析54-58
• 4.2.1 模型条件约束与图形处理54-55
• 4.2.2 仿真结果分析55-58
• 4.3 制动阀的实用性研究58-62
• 4.3.1 负载质量的影响58-59
• 4.3.2 初速度的影响59-61
• 4.3.3 可变节流孔当量直径的影响61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 与先导型溢流阀制动效果的对比分析63-75
• 5.1 先导型溢流阀结构及工作原理63-64
• 5.2 先导型溢流阀制动分析64-72
• 5.2.1 先导型溢流阀制动物理模型64-65
• 5.2.2 动力学模型的建立65-68
• 5.2.3 数学模型的推导68-69
• 5.2.4 仿真模型的建立及参数设置69-72
• 5.3 仿真结果与分析72-73
• 5.4 与液压缸双向制动阀的对比分析73-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士期间发表的论文82

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