挤压机液压系统建模仿真与能耗分析研究

发布时间：2017-10-28 14:07

  本文关键词：挤压机液压系统建模仿真与能耗分析研究

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【摘要】：挤压机是铝挤压工艺生产线上的关键设备,集机械、电气、液压、计算机技术于一体,其运行功率高,设备性能的好坏直接影响铝制品的成材率。但挤压过程的工艺要求严格,传统的变量泵容积调速控制挤压机受到机器本身液压控制系统的限制,造成成材率不高,能耗损失严重,挤压效率低等问题,同时损失的能量部分转化为热能,影响液压元件的使用寿命。随着工业控制技术与生产工艺的发展,硬件设备成本的降低以及国家节能减排政策的推动,国内很多很多科研机构与公司对挤压机的液压控制系统做了许多研究。其中节能降耗一直是液压技术领域的一个重要课题,在满足挤压工艺要求和保证成材率的前提下,如何降低能耗对于挤压机液压系统节能改进具有非常重要意义。挤压机能耗受到设备状态、工艺要求、工况等因素影响,各影响因素之间存在一定的相互影响关系,不同因素与能耗之间也存在诸多关联。因此,有必要探索并分析各因素之间以及与能耗之间的关系,并开展能耗定量分析与节能研究工作。本文的研究从挤压机设备和挤压工艺的角度出发,对传统的变量泵容积调速控制方式的挤压机进行深入的能耗分析,分析挤压过程液压系统的能量传输、转换、消耗和损失等情况,以及对伺服泵控液压系统的挤压机进行系统设计与能耗分析,并建立AMESim仿真模型,进行能耗的定量研究以及节能系统仿真研究。主要研究内容如下：1、分析挤压机液压系统、动作流程、工作原理、系统能耗特点、液压元件特点、负载与控制方式等因素,根据液压系统的各耗能元件的能量传递、转换与损失形式得到系统的能量流向图及系统的能耗方程,建立各元件能量平衡方程和功率损失方程。2、分析各液压元件的受力平衡、流量、压力特性以及功率特性,建立了柱塞泵、二通插装阀、挤压缸和管路的相关物理量的数学模型,利用AMESim仿真软件的搭建元件的HCD模型,设置参数并仿真,分析元件模型动态特性,验证模型的正确性。3、搭建挤压机变量泵容积调速控制方式的挤压过程仿真模型,根据工艺流程确定挤压过程参数,使其实现空载前进、挤压前进与快速后退工况。设计仿真实验,对比每个阶段的仿真结果与实验数据,分析系统的速度、位移、功率、能耗特性,验证了系统模型的正确性。进而仿真各元件能耗相关的参数曲线,量化了元件模型的输入输出功率及损失功率。最终总结出系统的能耗分布,系统的输入输出功率、能耗损失分布等关键性结论,表明溢流损失为主要的能耗损失方式。并分析了不同挤压速度对能耗的影响,提出了节能降耗的相关措施。4、基于伺服直驱泵控技术对挤压机的液压系统进行节能改造,详述其原理、系统组成及能耗特点,改进了挤压机伺服直驱泵控的液压系统部分,设计了速度-压力切换控制策略,搭建系统的AMESim仿真模型,从仿真的角度研究系统的动态特性,对比了变量泵控与伺服泵控两套液压系统的能耗情况,表明采用伺服直驱泵控技术的液压系统具有显著的节能效果,这对于挤压机伺服泵控系统的进一步研究具有参考价值。
【关键词】：挤压机 液压系统 AMESim 能耗分析 伺服直驱泵控液压系统
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG375
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-9
• 目录9-13
• Contents13-17
• 第一章 绪论17-26
• 1.1 课题背景及研究意义17-18
• 1.1.1 课题背景17
• 1.1.2 研究意义17-18
• 1.2 液压系统仿真研究现状18-21
• 1.2.1 液压系统仿真技术发展概况18-20
• 1.2.2 挤压机液压系统仿真研究现状20-21
• 1.3 挤压机节能技术研究现状21-24
• 1.4 课题来源及主要研究内容24-25
• 1.5 本章小结25-26
• 第二章 挤压过程液压系统与能耗分析26-38
• 2.1 挤压机液压系统介绍26-28
• 2.1.1 挤压机液压系统组成26-27
• 2.1.2 挤压机动作流程27-28
• 2.2 挤压过程的工作原理及特征分析28-34
• 2.2.1 挤压过程的工作原理28-29
• 2.2.2 液压系统特点29-31
• 2.2.3 负载特性分析31-33
• 2.2.4 模拟等温速度控制33
• 2.2.5 挤压过程能耗特点33-34
• 2.3 挤压过程能耗分析34-37
• 2.3.1 系统能耗计算34-35
• 2.3.2 柱塞泵能耗计算35-36
• 2.3.3 阀块能耗损失计算36
• 2.3.4 挤压缸能耗计算36-37
• 2.3.5 管路能耗损失计算37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 液压系统元件AMESim建模与验证38-57
• 3.1 建模步骤38-39
• 3.2 柱塞泵的建模仿真39-45
• 3.2.1 柱塞泵功率特性分析39-41
• 3.2.2 柱塞泵的建模41-45
• 3.2.3 柱塞泵的仿真验证45
• 3.3 二通插装阀的建模仿真45-49
• 3.3.1 二通插装阀动态特性分析45-46
• 3.3.2 二通插装阀建模46-47
• 3.3.3 二通插装阀的仿真验证47-49
• 3.4 挤压缸的建模仿真49-53
• 3.4.1 挤压缸动态特性分析49-50
• 3.4.2 挤压缸的建模50-51
• 3.4.3 挤压缸的仿真验证51-53
• 3.5 管路的建模仿真53-56
• 3.5.1 管路特征分析53
• 3.5.2 管路的建模53-55
• 3.5.3 管路模型的仿真验证55-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 液压系统仿真与能耗分析57-73
• 4.1 仿真系统搭建及参数设置57-60
• 4.1.1 系统仿真模型的搭建57-59
• 4.1.2 挤压过程参数设置59-60
• 4.2 系统仿真模型的实验验证60-63
• 4.2.1 空载前进仿真实验60-61
• 4.2.2 快速后退仿真实验61-62
• 4.2.3 挤压前进仿真实验62-63
• 4.3 能耗仿真分析63-69
• 4.3.1 柱塞泵的能耗仿真63-66
• 4.3.2 阀件的能耗仿真66-67
• 4.3.3 挤压缸的能耗仿真67-68
• 4.3.4 管路的能耗仿真68-69
• 4.4 系统的能耗分布69-71
• 4.5 工艺参数优化71-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第五章 基于伺服直驱泵控技术的液压系统节能优化73-85
• 5.1 伺服直驱泵控系统介绍73-74
• 5.2 挤压过程伺服直驱泵控系统原理74-75
• 5.2.1 伺服直驱泵控系统的组成74
• 5.2.2 伺服泵控系统能耗分析74-75
• 5.3 挤压过程伺服直驱泵控系统设计75-77
• 5.3.1 液压系统设计75-76
• 5.3.2 控制策略设计76-77
• 5.4 挤压过程伺服直驱泵控系统AMESim建模77-81
• 5.4.1 系统仿真模型搭建77-78
• 5.4.2 速度控制系统搭建78-79
• 5.4.3 压力控制系统搭建79-80
• 5.4.4 速度-压力切换系统搭建80-81
• 5.5 挤压过程伺服泵控系统仿真与能耗分析81-84
• 5.5.1 系统仿真及能耗分析81-83
• 5.5.2 系统能耗分布83-84
• 5.6 本章小结84-85
• 结论与展望85-87
• 参考文献87-90
• 攻读学位期间发表的论文90-92
• 致谢9

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9 胡U唀，

本文编号：1108543