专用汽车配套的液压冲击器建模仿真与优化研究

发布时间：2017-04-23 23:13

  本文关键词：专用汽车配套的液压冲击器建模仿真与优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：液压冲击器是一种利用液压能使活塞进行往复运动,达到破碎目的的冲击机械。传统的液压冲击器一般都采用自动配流的方式,这种形式的液压冲击器活塞的冲击能与液压泵输入流量的平方成正比,活塞的冲击频率与液压泵输入流量成正比,输入流量的改变对冲击能的影响比对冲击频率的影响大,提高冲击频率来缩短作业时间的时候,活塞冲击速度的值可能会过大,使活塞或者钎杆出现塑性变形。为了克服传统液压冲击器的这个缺点,本文以某型号的液压冲击器为原型,根据液压冲击器压力反馈原理,在配流阀上增加一个先导锥阀,使液压冲击器具备了独立调节冲击能和冲击频率的功能。根据活塞、配流阀和先导锥阀的运动状态的可能组合,本文将这种装有先导锥阀的液压冲击器一个周期内的运动分成7个阶段,建立了相应的非线性数学模型,并对先导锥阀的调节范围做了理论分析。根据非线性数学模型,确定仿真过程中的约束条件,建立了液压冲击器的MATLAB/Simulink仿真模型,并使用Stateflow模块,使冲击器在不同的工作阶段之间成功转换。将仿真所得活塞冲击速度运动曲线图和实验测量得到的活塞冲击速度运动曲线图作对比,证明液压冲击器的仿真模型基本正确,能进行仿真研究。然后分析了主要参数对液压冲击器活塞冲击速度的影响,并用仿真结果证明先导锥阀在给定的预调压力值合理的时候,能够独立调节冲击能和冲击频率。液压冲击器大部分参数一旦确定,就不能更改,做实物正交试验成本太高。针对用实物做正交试验的不足,本文将使用Isight软件中的试验设计算法库,通过Isight与MATLAB/Simulink两个软件进行基于联合仿真的正交试验分析,并对仿真结果进行极差分析与方差分析。试验分析法虽然能找到影响较大的因子,但不能找到最优解。因此,本文将使用优化设计方法来研究这个问题。通过Isight与MATLAB/Simulink两个软件进行联合仿真,分别使用连续二次规划法和多岛遗传算法两种优化方法,以活塞冲击速度为优化目标,以活塞前腔有效作用面积、活塞后腔有效作用面积、高压蓄能器充气压力和反馈信号口的位置为设计变量,分别对约束活塞冲击速度取值范围和不约束活塞冲击速度取值范围的两种情况进行优化设计,并将两种优化算法的结果作对比研究。
【关键词】：液压冲击器 先导锥阀 联合仿真 正交试验设计 优化设计
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.6;TH137
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 液压冲击器的发展历史12-13
• 1.2 液压冲击器的研究现状13-19
• 1.2.1 液压冲击器基础理论的研究13-14
• 1.2.2 液压冲击器关键零部件的研究14-16
• 1.2.3 液压冲击器性能检测试验的研究16-17
• 1.2.4 液压冲击器的仿真研究17
• 1.2.5 液压冲击器对操作人员影响的研究17-18
• 1.2.6 液压冲击器工作效率的预测18-19
• 1.2.7 液压冲击器对环境影响的研究19
• 1.3 本课题的来源、研究重点及研究意义19-22
• 1.3.1 课题来源19
• 1.3.2 研究重点19-20
• 1.3.3 研究背景和意义20-22
• 第二章 液压冲击器的工作原理与非线性数学模型的建立22-31
• 2.1 液压冲击器的冲击能量与冲击频率的关系22-23
• 2.2 液压冲击器的工作状态分析23-27
• 2.2.1 液压冲击器的基本结构23-24
• 2.2.2 液压冲击器的主要工作状态24-27
• 2.3 液压冲击器的非线性数学模型27-30
• 2.3.1 活塞与阀芯的动力平衡方程28
• 2.3.2 高压油流量平衡方程28-29
• 2.3.3 高压蓄能器气体状态方程29
• 2.3.4 氮气室气体状态方程29-30
• 2.4 本章小节30-31
• 第三章 液压冲击器动态仿真研究31-44
• 3.1 液压冲击器仿真模型的研究31-36
• 3.1.1 MATLAB/Simulink简介31
• 3.1.2 仿真模型的约束条件及状态转换31-33
• 3.1.3 仿真模型及参数设置33
• 3.1.4 仿真模型的验证33-36
• 3.2 液压冲击器结构参数对工作性能影响的仿真研究36-39
• 3.2.1 活塞前腔有效面积对工作性能影响的仿真研究36-38
• 3.2.2 高压蓄能器充气压力对工作性能影响的仿真研究38-39
• 3.3 液压冲击器工作参数对工作性能影响的仿真研究39-41
• 3.3.1 输入流量对液压冲击器性能的影响39-40
• 3.3.2 换向信号孔的位置对液压冲击器性能的影响40-41
• 3.4 先导锥阀调节作用的仿真研究41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 基于联合仿真的试验设计44-59
• 4.1 试验设计44-45
• 4.1.1 试验设计的目的44
• 4.1.2 试验设计的方法44
• 4.1.3 试验数据的处理44-45
• 4.2 Isight软件简介45
• 4.3 Isight软件的试验设计功能45-52
• 4.3.1 正交试验设计法47-48
• 4.3.2 试验结果分析48-52
• 4.4 基于联合仿真的正交试验设计52-57
• 4.4.1 选择试验因子与水平53
• 4.4.2 设计矩阵53-55
• 4.4.3 试验数据的极差分析55-57
• 4.4.4 试验数据的方差分析57
• 4.5 本章小节57-59
• 第五章 基于联合仿真的优化设计59-72
• 5.1 Isight中主要的优化设计算法59-63
• 5.1.1 梯度优化算法59-60
• 5.1.2 直接搜索方法60-61
• 5.1.3 全局优化算法61-63
• 5.2 活塞最大冲击速度未作约束时的优化设计63-67
• 5.2.1 设计变量的取值范围63
• 5.2.2 基于连续二次规划法的优化设计63-65
• 5.2.3 基于多岛遗传算法的优化设计65-67
• 5.3 约束活塞的最大冲击速度时的优化设计67-70
• 5.3.1 基于连续二次规划法的优化设计67-68
• 5.3.2 基于多岛遗传算法的优化设计68-70
• 5.4 本章小节70-72
• 第六章 总结与展望72-75
• 6.1 全文总结72-73
• 6.2 研究创新点73
• 6.3 研究展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79-80
• 致谢80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：323183