工业阀门用新型液动执行器的研究

发布时间：2017-09-11 18:24

  本文关键词：工业阀门用新型液动执行器的研究

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【摘要】：近年来,随着工业自动化要求越来越高,液动执行机构发展十分迅速。小型化、轻量化、高效节能、高可靠性成为执行器发展的主要趋势。特别是在石化行业中,往往需要执行器在小空间,高温,高压,易燃,易爆,有害,有毒的环境之中能够可靠地运行,对工业阀门进行调节控制。这样的较为恶劣的环境对液动执行器的各种性能有更高的要求。目前,很多应用中的液动执行器通常需要配套使用一个液压站或一套伺服驱动系统,致使其体积庞大、节流损失大、对油液污染特别敏感、伺服阀加工精度高、价格贵、维修不方便等。另一种液动执行器采用的是容积调速回路,该系统采用电动机与变排量泵组合,其原理为通过改变变量泵的斜盘倾角来改变输出排量以实现控制执行元件运行速度和位移的目的。该回路没有溢流和节流损失,效率较高,可用于大功率系统。但这套系统也有其缺点,首先,变量泵斜盘摆角范围有限,这就限制了系统的调速范围,并且变量泵噪声大,抗污染能力弱。各种工况下电机转速不变,系统大部分时间都是欠负载运行,这样电机提供的功率与执行元件需要的功率无法匹配,轻载时效率较低,浪费能源并会造成变量泵磨损。 与传统液动执行器的使用伺服阀或变量泵进组合的调速方式不同,新型液动执行器采用定量泵和伺服电机,通过变频器或控制器控制伺服电机转速来改变定量泵的转速来实现对执行机构位移和速度的控制。这种改进的元件组合方式与液压原理可以进一步减小液动执行器的体积。本文基于传统液动执行器液压原理的基础,为了节省空间和成本放弃了传统的动力补油方式,采用无动力补油方式。并对液压系统元件进行计算选型。对所选元件匹配性进行分析。其次,根据液动执行器液压原理,基于AMESim软件对执行器液压系统建模。在建好的AMESim模型中对不同频率正弦信号输入时系统的响应情况进行了仿真计算。并对系统输入阶跃信号、不同的目标位移条件下不同伺服电机转速、不同管长、不同油液弹性模量和转动惯量对系统响应快速性的影响。通过仿真计算使元件选用与关键参数设置更为合理,达到进一步提高系统的运行性能的目的。并选择合适的控制策略,提高系统的动态特性。参照现有液动执行器产品的外形布局,提出合理可行的外形布局方案,使液动执行器更为小巧、便于安装。
【关键词】：液动执行器 变量 位移 响应 补油
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 石油化工领域执行器的应用10
• 1.2 液动执行器优点及国内外研究现状10-14
• 1.2.1 液动执行器优点10-12
• 1.2.2 传统液动执行器12-13
• 1.2.3 新型液动执行器13-14
• 1.3 国内外研究现状14-17
• 1.4 本论文主要研究内容17-19
• 第2章 新型液动执行器总体设计19-29
• 2.1 两种液动执行器方案19-23
• 2.1.1 阀控液动执行器19-21
• 2.1.2 泵控液动执行器21-22
• 2.1.3 新型液动执行器原理22-23
• 2.2 系统性能指标与元件选择计算23-27
• 2.2.1 调节阀选择与系统性能指标23-24
• 2.2.2 液压缸的计算与选型24
• 2.2.3 定量泵的计算24-25
• 2.2.4 交流伺服电机的选择25
• 2.2.5 液压锁及安全阀25
• 2.2.6 补油阀的选择25-26
• 2.2.7 管路计算26-27
• 2.2.8 密闭压力油箱的设计27
• 2.3 匹配计算27-28
• 2.4 小结28-29
• 第3章 新型液动执行器控制策略与特性分析29-46
• 3.1 控制策略的选择29-31
• 3.2 新型液动执行器仿真建模31-35
• 3.2.1 AMESim软件介绍31-32
• 3.2.2 定量泵的建模32-33
• 3.2.3 液压缸的建模33-34
• 3.2.4 交流伺服电机的建模34-35
• 3.3 新型液动执行器整体建模与仿真分析35-42
• 3.3.1 频率信号输入35-37
• 3.3.2 阶跃信号输入37-42
• 3.4 仿真与实验结果对比42-45
• 3.5 小结45-46
• 第4章 新型液动执行器结构设计与优化46-59
• 4.1 同类产品的外观设计46-51
• 4.1.1 REINEKE液动执行器46-48
• 4.1.2 PRM液动执行器48-49
• 4.1.3 KOSO公司REXA液动执行器49-50
• 4.1.4 孚罗泰液动执行器50-51
• 4.2 本文液动执行器外观布局51-54
• 4.2.1 方案一51-52
• 4.2.2 方案二52-53
• 4.2.3 方案三53-54
• 4.3 外观布局最终方案54-55
• 4.4 液动执行器用液压阀块的设计55-58
• 4.5 小结58-59
• 结论与展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65
• 攻读学位期间发表的学术论文65

【参考文献】

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本文编号：832337