机电液系统动能刚度分析方法及其应用

发布时间：2020-10-25 17:27

　　 机电液系统凭借其功率密度大、运动平稳、操纵方便、承载能力强等优点在土木水利工程、冶金、矿山、军事工业等领域发挥重要作用。但运行环境的复杂多变,变工况下系统内部的非线性因素影响使系统呈现出性能退化、功率和转速波动等现象,为进行系统运行状态监测和性能评价带来难度。针对此问题课题组开展了基于机电液系统内外部特征关联分析方法的研究,提出了以动能刚度为桥梁,连接系统内部参数与瞬时转速波动的效应传递链。但研究中弱化了系统之间的相互耦合关系,使建立的模型不能全面反映系统多能域参量在负载工况和动力源联合作用下的耦合机理。本文以典型的机电液系统—变转速泵控马达系统为研究对象,在建立其数学模型的基础之上,分析系统多域参量对运行状态的影响机制,阐明了动能刚度的物理意义。论文主要研究内容如下:(1)机电液系统非线性建模与多参量耦合分析。由于机械、液压、电气等系统在设备运行时进行着能量流、物质流、信息流的传递、转换,使系统表现出强耦合特性,同时油液有效体积弹性模量、流量系数、粘性阻尼等非线性因素又增加了系统的复杂性。因此,本文在考虑这些因素的基础上,建立了系统的集中参数模型,并基于MATLAB/Simulink仿真环境,研究系统参数变化对系统特性的影响,探索了机电液系统多能域参量在负载工况和动力源联合作用下的耦合机理。(2)动能刚度原理及其计算方法研究。结合机电液系统集中参数动力学模型,提出机电液系统动能刚度分析方法,指出机电液系统动能刚度是系统动能抵抗外部激扰源变化的能力,根据外部激扰源的不同将其分为正向动能刚度和逆向动能刚度两部分,并阐明了其物理意义以及对机电液系统运行性能评价的重要意义。在此基础之上,通过计算机电液系统多源信号的变化率特征计算运行程中的动能刚度角,并以此衡量系统动能刚度的大小。(3)动能刚度变化机理及其与系统状态关联分析。依托变转速泵控马达液压系统测控平台,探索了系统温度、马达排量以及输出轴转动惯量分别变化时对系统动能刚度的影响机理以及在系统刚度变化时系统效率和转速波动的关联性。实验结果表明机电液系统动能刚度随系统多能域参量变化而动态变化,动能刚度的变化可以表征机电液系统的运行性能以及多参量的耦合状态,验证了环境工况→内部参量→动能刚度→转速波动、效率的传递链的正确性。(4)动能刚度在线检测系统与系统控制策略评价。利用信号调制技术,将多源信号融合成李萨如图形(刚度线),并对刚度线的长度进行格式化,使其长度和倾角均能衡量动能刚度的大小,以动能刚度圆的包容关系衡量系统间的刚度匹配关系。基于LabVIEW设计了动能刚度在线检测系统,完成机电液各子系统动能刚度的实时检测、显示,多源信号采集、显示,电机转速、液压泵与液压马达排量以及模拟加载控制、数据保存等功能。利用此系统结合试验台条件开展了基于动能刚度的变转速调速与容积调速控制策略评价的研究,拓展了动能刚度理论的应用,为开展机电液系统运行状态监测与性能评价提供了新思路。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH137
【部分图文】：

第二章 机电液系统建模仿真及多参量耦合分析系统运行过程中伴随着电能、液压能以及机械能等多域能量的况的变化，多域能量的转化过程也随之变化。典型的机电液系，一般由电机—液压泵子系统、液压泵—液压马达子系统以及成，本章以其为研究对象，考虑油液属性、摩擦转矩等非线性了系统参量变化对系统性能的影响以及系统多域能量转换机展开机电液系统动能刚度分析奠定了理论基础。系统非线性模型1 所示为变转速泵控马达系统简化模型，变频电机与液压泵通过驱动液压马达旋转，马达与旋转负载也通过联轴器连接。根据以把系统分为电机—液压泵子系统、液压泵—液压马达子系系统三部分。三个子系统之间通过机电液参数相互耦合，机电系统的性能，因此有必要通过建模仿真的方法对系统进行分析

局模型油黏温黏压特性泄漏对系统效率、振动以及稳定性等都有很大影响，而响。液压油动力粘度受温度、压力影响较大，比较准确力变化规律的是 Roeland 公式，46 号液压油粘度随压力( ) ( )1.162.3 10 89135.15, =0.0457 exp 6.58 1 5.1 10 1303 138TP T P + + 可得 46 号液压油的粘温粘压特性的变化规律如图 2.2 所而升高，但变化较小，随着温度降低而增加，粘度随温

长安大学硕士学位论文( )( )( )( )( )110 0oilef 11init 0oil oil 0oil 01 111 1mmmm P P PE PE P,m P P PE E P PE E m P n T ++ + + = + + = + + 为含气量；P0为标准大气压力；m 为压力相关系数；n 为温度气体多变常量；E0为标准大气压下 0℃时的油液的有效体积2.15）绘制的油液有效体积弹性模量随压力、含气量和温度从图中可以看出：在低压段（0-10MPa）油液有效体积弹性模一定时，油液有效体积弹性模量随着压力的增高而增高；压性模量随着含气量的增加而减小。在低压段温度对油液有效高压段影响较大，随着温度的升高油液有效体积弹性模量变
【参考文献】

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本文编号：2855729