空心液压缸设计及双缸同步控制系统研究

发布时间：2017-09-15 08:07

  本文关键词：空心液压缸设计及双缸同步控制系统研究

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【摘要】：液压缸作为执行元件在液压系统中经常应用，，它是将液压能转换成机械能的一种能量转换装置。为了解决重型高精度液压缸活塞体惯性大、动态响应差的问题，本文设计了一种新型的、具有特殊用途的液压缸——空心液压缸。在其特有的中空内缸筒空间中可安装特种机械构件，并允许钢缆、电缆、轴类等穿过，这样空心液压缸就可方便地应用在重型装备起升、桥梁吊装等设备中，使其完成同步顶升、张拉、行走等功能。然而通过检索相关文献，发现国内对空心液压缸在液压同步系统中的应用研究尚少，因此本文在设计了空心液压缸的基础上，进一步研究了空心液压缸双缸同步系统。 首先，介绍了课题研究背景及意义，论述了液压缸、空心液压缸、液压同步控制系统及空心液压缸同步系统的应用和研究现状，说明了本文所要研究课题的来源及主要工作内容。分析了空心液压缸结构特点，给出了双作用空心液压缸的关键零部件的设计计算过程，建立了其三维特征模型，先对单作用空心液压缸作了静强度分析，紧接着将设计的双作用空心液压缸与实心液压缸在均载与偏载情况下作了承载性能对比分析，结果表明空心液压缸的承载性能优于实心液压缸。 其次，研究分析了常用的液压同步回路、同步控制方式和控制策略，设计了空心液压缸双缸同步回路，构思了空心液压缸双缸同步实验台机械、电气、液压等部分相应的设计要求以及关键零部件的选用原则。通过列写电液比例方向阀、空心液压缸以及反馈元件的数学方程，建立了空心液压缸双缸同步系统传递函数方框图，得出了每个通道的闭环与开环传递函数，为仿真分析提供了理论依据。 最后，分析了遗传算法和经典PID控制算法的原理，并结合两者的优势，创新性的应用在空心液压缸双缸同步系统中，设计了基于IGA-PID同步控制器，建立了双缸同步系统的仿真模型，进行了仿真实验分析，结果表明空心液压缸双缸同步系统动态响应好，同步精度高。总结了本文的相关工作内容，提出了进一步要研究的内容，并对空心液压缸双缸同步系统的研究和应用进行了展望。
【关键词】：空心液压缸 有限元分析 同步控制 数学模型 遗传算法 IGA-PID 仿真
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 液压缸的应用及研究现状12-14
• 1.2.1 液压缸的应用12
• 1.2.2 液压缸的研究现状12-13
• 1.2.3 空心液压缸的研究现状13-14
• 1.3 液压同步控制系统的应用及研究现状14-18
• 1.3.1 液压同步系统的应用15
• 1.3.2 液压同步控制系统的研究现状15-17
• 1.3.3 空心液压缸同步系统的研究现状17-18
• 1.4 论文来源与研究内容18-19
• 1.4.1 论文来源18
• 1.4.2 研究内容18-19
• 第二章 空心液压缸的设计建模与分析19-35
• 2.1 空心液压缸的特点19
• 2.2 双作用空心液压缸关键零部件的计算与选用19-21
• 2.2.1 设计基本参数和要求19
• 2.2.2 外缸体内径的计算19-20
• 2.2.3 外缸体壁厚度的计算20
• 2.2.4 活塞缸体外径的计算及强度校核20-21
• 2.2.5 密封件的选用21
• 2.3 基于 Solidworks 的空心液压缸模型建立21-24
• 2.3.1 设计方法概述21-23
• 2.3.2 双作用空心液压缸模型建立23-24
• 2.4 基于 Solidworks Simulation 的空心液压缸有限元分析24-35
• 2.4.1 Solidworks Simulation 简介24-26
• 2.4.2 单作用空心液压缸静强度分析26-29
• 2.4.3 双作用空心液压缸与实心液压缸承载性能对比分析29-35
• 第三章 空心液压缸双缸同步控制系统的设计35-49
• 3.1 液压同步回路应用与分析35-39
• 3.1.1 机械控制液压同步回路35
• 3.1.2 同步阀控制液压同步回路35-36
• 3.1.3 同步缸控制液压同步回路36
• 3.1.4 泵控制液压同步回路36-37
• 3.1.5 节流阀、调速阀控制液压同步回路37
• 3.1.6 比例、伺服阀控制液压同步回路37-38
• 3.1.7 数字阀液压同步回路38-39
• 3.2 空心液压缸双缸同步控制回路设计39-42
• 3.2.1 控制方式的分析39-40
• 3.2.2 控制策略的分析40-41
• 3.2.3 液压原理图的设计41-42
• 3.3 空心液压缸双缸同步实验台设计42-49
• 3.3.1 机械部分42-43
• 3.3.2 电气部分43-46
• 3.3.3 液压部分46-49
• 第四章 空心液压缸双缸同步系统的数学建模49-57
• 4.1 引言49
• 4.2 电液比例方向阀数学模型49-53
• 4.2.1 比例放大器49-50
• 4.2.2 先导阀50-51
• 4.2.3 主滑阀51-53
• 4.3 空心液压缸的数学模型53-54
• 4.3.1 比例阀的负载压力-流量特性方程53
• 4.3.2 非对称空心液压缸负载流量方程53-54
• 4.3.3 空心液压缸的活塞缸体受力平衡方程54
• 4.4 反馈单元54
• 4.5 同步系统的传递函数54-57
• 第五章 空心液压缸双缸同步控制策略研究与仿真分析57-71
• 5.1 引言57
• 5.2 空心液压缸双缸同步系统 IGA-PID 控制策略57-63
• 5.2.1 遗传算法57-59
• 5.2.2 PID 控制算法59-60
• 5.2.3 基于 IGA-PID 双缸同步控制器的设计60-63
• 5.3 空心液压缸双缸同步控制系统仿真分析63-71
• 5.3.1 计算机仿真63-65
• 5.3.2 MATLAB/Simulink 简介65
• 5.3.3 仿真模型建立65-68
• 5.3.4 仿真实验分析68-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 攻读学位期间参与的工程项目及发表的学术论文79-80

【参考文献】

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