全液压装载机动力驱动系统设计及控制研究

发布时间：2017-05-18 05:59

  本文关键词：全液压装载机动力驱动系统设计及控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：全液压装载机是装载机的一种，其工作系统与行驶系统均采用液压驱动。随着装载机技术的进步和需求范围的扩大，全液压驱动方式的装载机将会成为一种发展趋势。但国内全液压装载机在液压元件、控制器和控制算法等方面，与国外还有一段差距。采用先进的动力驱动系统和科学的控制方法成为提高装载机性能的有效途径。由于液力传动存在加速性能差、调速精度低、传动效率低和布局受限等缺点，因此越来越多的中小型装载机采用静液压传动。对于装载机动力驱动系统，传统的开环控制和液压泵液压马达单变量或两变量控制已经不能满足全液压装载机的发展要求。本文开展了基于柴油机、液压泵、液压马达协调控制的三变量控制策略研究。 本课题以中小型全液压装载机为研究对象，，设计了全液压装载机动力驱动系统，对液压泵、液压马达和柴油机等设备进行选型计算；然后搭建了全液压装载机动力驱动试验台。以试验台的各部件为对象，在AMESim和MATLAB/Simulink中建立了单体泵柴油机模型和液压泵——液压马达容积调速模型等；根据试验台测得实验数据对所建得模型进行了标定。根据全液压装载机液压系统原理和装载机的工作特点，提出了三变量控制方法；在所建模型的基础上对三变量控制方法进行了仿真验证，分析了柴油机转速、油耗、液压泵排量、液压马达排量、液压马达转速和液压系统压力等参数曲线。依据装载机的实际情况，设计了整体的控制策略，包括启动工况、经济工况、额定铲掘工况和最大扭矩工况；对每一个工况程序流程进行了阐述。设计开发了全液压装载机动力驱动试验台的操作控制系统，包括程序编程、系统监测显示、硬件电路设计和电气线路设计等；本操作控制系统可以进行手动控制和自动控制切换。用LabVIEW软件编写了上位机界面，可以对参数进行在线修改，对实验数据进行存储，支持截图功能。在试验台上进行了定马达排量实验、定泵排量实验和三变量控制实验，分析了实验数据和曲线；对三变量控制和传统控制的油耗经济性进行了对比实验和分析。 结果表明，试验台运行良好，可以模拟单泵单马达驱动系统，还可以模拟双泵双马达驱动系统。在AMESim和MATLAB/Simulink中联合建立的全液压装载机动力驱动系统模型基本正确，可以对动力系统进行仿真研究。本课题所设计的三变量控制策略优于传统的控制策略。在马达转和负载一致的情况下，设定不同的系统压力值，三变量控制的油耗经济性不同；只要设定压力值合理，装载机的经济性会明显提高。三变量控制的压力可控，且稳定性很好，这对液压元件的使用寿命和效率都有益处。三变量控制可以让发动机更好地去适应负载，提高了发动机的功率利用率。
【关键词】：静液压传动 装载机 三变量控制 联合仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 概述12
• 1.2 装载机国内外的发展现状12-13
• 1.2.1 装载机国外发展情况12-13
• 1.2.2 装载机国内发展情况13
• 1.3 全液压装载机发展概况13-15
• 1.3.1 全液压传动的优势14-15
• 1.3.2 全液压动力驱动系统的控制现状和问题15
• 1.4 研究的目的及意义15-16
• 1.5 课题研究的主要内容16
• 1.6 课题来源16-17
• 1.7 本章小结17-18
• 第2章 试验台设计与设备选型18-26
• 2.1 试验台原理图18-19
• 2.2 液压马达选型与介绍19-22
• 2.3 柴油机的选型及介绍22-23
• 2.4 液压泵选型及介绍23-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 数学建模及模型标定26-45
• 3.1 仿真软件介绍及联合仿真简述26-27
• 3.2 柴油机建模27-36
• 3.3 电控单体泵系统模型36-38
• 3.4 变量泵—变量马达容积调速系统模型38-40
• 3.5 增量 PID 模型40-41
• 3.6 全液压装载机动力驱动系统整体模型41
• 3.7 液压系统模型标定41-44
• 3.8 本章小结44-45
• 第4章 仿真分析及控制策略研究45-62
• 4.1 三变量控制策略45-49
• 4.2 仿真及结果分析49-53
• 4.3 全液压装载机控制策略53-61
• 4.3.1 柴油机的特性曲线54-55
• 4.3.2 全液压装载机的工作曲线分析55-56
• 4.3.3 启动工况56-57
• 4.3.4 经济工况57-58
• 4.3.5 额定铲掘工况58-59
• 4.3.6 最大扭矩工况59-60
• 4.3.7 整体控制策略60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 操作控制系统及实验验证62-82
• 5.1 操作控制系统设计62-66
• 5.1.1 主要元件介绍62-64
• 5.1.2 电气连接设计64-65
• 5.1.3 采集驱动电路板设计65-66
• 5.2 控制系统编程66-70
• 5.2.1 Codesys 编程环境简介67
• 5.2.2 控制系统编程67-70
• 5.3 ST 显示器编程70-75
• 5.3.1 显示界面的编写70-71
• 5.3.2 显示器控制程序的编写71-74
• 5.3.3 显示器控制程序的下载和清屏74-75
• 5.4 上位机 LABVIEW 界面编写75
• 5.5 实验验证75-81
• 5.5.1 定马达排量实验75-77
• 5.5.2 定泵排量实验77-79
• 5.5.3 三变量实验79-80
• 5.5.4 经济性分析80-81
• 5.6 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果86-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：375207