装载机液压转向系统的数字仿真与特性分析

装载机液压转向系统的数字仿真与特性分析

吕振伟[1]2011年在《轮式工程机械全液压转向系统建模及仿真研究》文中提出轮式工程机械机动性好、工作高效,在各类工程项目中的物料挖掘、搬移、吊装等方面有着广泛地使用。因此,近年来越来越多的技术人员开始关注轮式工程机械的研究。轮式工程机械的转向系统的主要功用是操纵和改变车辆的行驶方向,既要保持车辆沿直线行驶的稳定性,还要保证车辆转向的灵活性。全液压转向系统是当前轮式工程机械转向系统设计时广泛采用的液压系统之一,尤其是近年来兴起的负荷传感型全液压转向系统因具有节能效果而成为研究热点。该型系统配有优先阀,一方面能够按照转向油路的要求优先向其分配流量,另一方面,该系统转向油路除分配使其维持正常工作所必需的流量外,剩余部分可几乎全部供给工作油路使用,提高了系统效率本文在介绍负荷传感型全液压转向系统的结构组成和工作原理的基础上,分别对系统的液压泵、优先阀、转向器、转向油缸以及相关的转向机构进行分析,并相应建立了其运动学和动力学方程。在忽略一些次要因素下,对系统模型进行必要的简化后建立了系统的数学模型。在此基础上,运用传递函数法对系统模型进行分析,从理论上分析了影响系统静、动态特性的因素。同时,利用MATLAB/SIMULINK仿真工具箱搭建了系统的数字仿真模型,对液压转向系统的静、动态特性进行了仿真验证,得到了其结构参数对液压转向系统性能的影响规律。最后,运用MATLAB的优化函数fmincon对转向机构进行了优化分析,并在虚拟样机仿真软件ADAMS的View和Hydraulics平台建立了系统的机械-液压联合仿真模型,进行了分析实验,验证了本文所建模型的合理性。

高建明[2]2005年在《装载机线控转向系统半实物仿真研究》文中研究表明线控技术最初应用于航空航天领域,将其引入到工程车辆领域,对于提高工程车辆的安全性、稳定性以及高速行驶的动态特性,降低系统能耗,减轻操作人员的劳动强度都有非常重要的意义。本文依托校企合作项目《线控转向技术研究及在装载机上的应用》,对铰接式装载机线控转向系统的半实物仿真进行了初步探讨,主要进行了以下工作:1. 采用计算机仿真与实验相结合的方式,对铰接式装载机转向运动学进行了研究,分析了转向油缸活塞位移随折腰角的变化规律、左右油缸转向力臂以及等效转向力臂随折腰角的变化规律,并对铰接式装载机原地转向过程进行了分析,研究了静态转向阻力矩随折腰角的变化规律。2. 分析了铰接式装载机线控转向仿真系统组成以及各部分工作原理,建立了该系统基于传递函数的数学模型,引入PID 控制算法对系统进行串联校正,利用MATLAB/Simulink 对系统进行数字仿真,整定了PID 控制参数。对校正后的系统进行了时域和频域分析。3. 进行了铰接式装载机线控转向系统的半实物仿真,分别对方波信号输入、正弦信号输入和方向盘输入时系统的响应特性进行研究,并对半实物仿真与数字仿真之间的偏差进行了分析。

荆小怀[3]2004年在《装载机液压转向系统的数字仿真与特性分析》文中研究表明装载机主要用来装卸散状物料,也能进行轻度的铲掘工作,并且具有良好的机动性能,广泛使用于工厂、矿山、建筑、水电工程、道路、码头、农田乃至家庭,是工程机械中保有量较大的品种之一。目前,我国装载机行业占据了世界装载机市场的半壁江山,已成为世界装载机第一产销大国。随着工程作业的日趋繁重,要求不断提高生产率,工程机械的重量亦相应增加,这就要求转向系统能克服更大的转向阻力矩,并要求转向过程具有相当的速度,这就意味着转向功率的增长。采用液体作介质的液压动力转向系统,操作人员只需很小的操作力和一般的速度操纵控制元件,而高速克服巨大阻力的能量由发动机来提供,这不仅改善了驾驶员的劳动条件,提高了生产率,同时也提高了行驶的安全性能。液压转向系统是装载机中最为重要的系统之一,它的功用是操纵车辆的行驶方向,既要能保持车辆沿直线行驶的稳定性,又要能保证车辆转向的灵活性。转向性能是保证车辆安全行驶,减轻驾驶人员劳动强度和提高作业生产率的重要因素。本文研究的转向系统是“双泵合分流同轴流量放大转向优先卸荷液压系统”,简称“同轴流量放大卸荷系统”,采用全液压转向、同轴流量放大、卸荷系统。其核心是同轴流量放大转向器,它由中国农机院液压所、镇江液压件总厂等单位共同研制的,集流量放大系统中转向器本身体积小、重量轻和大排量转向系统简化之长,又集负荷传感转向节能以及小排量转向系统可实现人力转向应急功能。这是一种新型的液压转向系统,目前已先后被国内几家主要装载机生产厂家所采用,但国内尚没有对其转向性能进行相关的研究。本文着重研究这种新型转向系统静、动态特性,以提高转向性能的稳定性和可靠性,使产品得到更广泛的应用。通过在开拓者装载机上所做的原地转向试验曲线可看出,由静止到转向开始时油缸工作腔压力急剧升高,其原因是此时摩擦系数最大,开始运动以后,摩擦系数降低,故压力降低。随着转向油缸位移的增加工作腔压力逐渐降低的原因是,随着油缸位移的增加,转向力臂逐渐变大。出现压力波动的原因是转向器内部反馈及非匀速运动方向盘的输入而造成的。通过对液压转向系统的动、静态特性进行计算机仿真可大大地缩短液压系统或元件的设计周期,避免因重复试验及加工所带来的昂贵费用,且可及早地认识到该系统在动静态特性方面所存在的薄弱环节并加以消除。计算机仿真不仅可以在设计过程中预测系统性能,缩短系统的调试时间,还可以通过仿真对所设计的系统有更深入的了解。本文在分析液压转向系统工作原理的基础上建立了转向系统的数学模型,利用MATLAB中的Simulink工具箱对所建立的数学模型进行了仿真。在厦门工程机械有限公司公司的大力帮助下,在开拓者装载机上测试了转向液压系统在不同工况下转向油缸工作腔压力,试验结果验证了所建立数学模型的合理性。其后,在所建立数学模型的基础上对液压转向系统的静态特性与动态特性进行研究,并运用传递函数法对液压转向系统的结构特性进行分析,指出了其结构参数对液压转向系统的影响规律,得出如下结论:1. 速度放大系数kv影响系转向统的稳定性和响应速度,它与转向器结构参数有直接关系。如果减小kv(增大流量增益kq或阀芯直径d),转向系统的稳定性提高,但系统的响应速度会降低。对于小排量的转向器来说,kq、d较小,故kv较小,稳定性好,但响应速度较慢;对于大排量的转向器来说,kq、d较大,故kv较大,稳定性较差,但响应速度较快。2. 液压系统固有频率与转向器的结构参数无关,但对于转向系统的响应速度影响很大。因此,在实际应用中,应采取措施在保证转向系统稳定性的前提下尽可能地提高,从而提高系统的响应速度。3. 系统对阶跃输入的稳态误差为零;对于方向盘等速输入,系统的稳态误差与输入速度成正比,而与系统的速度放大系数kv成反比;该系统不能跟随等加速输入。本文所得结论不仅能为装载机同轴流量放大液压转向系统的设计计算提供理论依据,而且亦适用于由全液压转向器组成的工程车辆液压转向系统的研究。

王翔宇[4]2018年在《变转速容积独立控制的轮式装载机转向系统特性研究》文中研究表明装载机作为一种保有量巨大且常用的工程机械,仅在国内就有近200万台,并按每年5多万台的速度增长,被广泛应用于装载和转运松散物料。传统轮式装载机采用发动机驱动同一台定量液压泵,为液压转向系统和液压工作装置供油。转向作业时,转向系统所需流量远小于工作装置所需,由于转向优先的功能要求,只要发生转向动作,工作装置就会停止工作,液压泵输出的多余油液只能从溢流阀流回油箱,产生较大的能量损失。特别在装载机高速行驶中转向时,发动机转速较高,通过溢流阀流回油箱的油液成倍增长,进一步加剧了能量损失。因此,减少这部分溢流损耗,实现转向系统的按需供油,将显着提高装载机转向系统的能量效率,也是装载机节能技术的研究方向。在NSFC-山西煤基低碳联合基金“露天煤矿大型挖掘装备高能效运行基础研究”(U1510206)的资助下,为提高装载机液压转向系统的能量利用率,本文提出了一种独立变转速泵控转向原理,采用伺服电机驱动定量液压泵独立供油,使液压泵输出流量与转向所需完全一致的流量匹配转向系统。基于该原理提出一种冗余型开式泵控流量匹配转向系统,消除溢流损失和减少节流损失、中位卸荷损失。在该系统中,设定伺服电机的转速与转过的角度分别对应方向盘的角速度和旋转角度,从而控制装载机的转向速度和转向角度,使得液压泵的输出流量和体积分别与装载机转向的速度和转过的角度成正比,从而实现电液流量匹配的目的;保留原有的方向盘及与其通过机械结构相连的转向器,移除原有液压系统中的优先阀;采用一个电磁换向阀对新系统和原有转向系统进行冗余控制,当新系统中的动力单元发生故障时,电磁换向阀开启,原有转向系统开始工作,继续完成转向过程。为了验证新型冗余开式泵控转向系统的转向特性,对该系统的转向过程进行仿真分析与试验研究;然后对新型冗余开式泵控转向系统转向特性及转向能耗进行分析,并与原有转向系统的进行对比。试验表明,采用冗余开式泵控电液混合流量匹配转向系统,转向过程的压力波动从1.2 MPa减小到了0.6 MPa,转向过程中系统的稳定性和安全性也得到显着提高,可减少转向过程的节流损失并消除溢流损失,节能约16%。装载机按每天工作8小时,转向1000次,年工作300天计算,一台机器年可约节约燃油83.6 L,2016年中国市场保有的装载机约171.8万台,若都采用新型转向系统一年可减少3.3*104 T的碳排放。为进一步提高转向系统的能量效率,即完全消除节流、溢流损失和中位卸荷损失,基于流量匹配独立转向原理提出一种闭式泵控流量匹配转向系统。在开式泵控流量匹配转向系统的基础上,将系统中的液压阀、方向盘等转向控制元件全部移除,采用电控方向盘控制伺服电机,伺服电机驱动液压泵,液压泵直接为转向液压缸提供油液。将电控方向盘的转向角速度与伺服电机转速进行关联,使两者成一定的比例关系,使液压泵输出与转向液压系统所需流量相匹配的油液到转向液压缸中,以达到流量匹配。为验证该闭式泵控液压转向系统的可行性与转向特性,首先构建该系统的多学科联合仿真模型,分析该系统的可行性;然后构建该转向系统的试验测试样机,对该转向系统的动态特性进行试验测试;最后对闭式泵控流量匹配转向系统的转向特性及能耗特性进行分析,并与冗余型开式泵控流量匹配转向系统的进行对比。试验结果表明:闭式泵控流量匹配转向系统消除了原有转向系统在转向过程中的节流损失、溢流损失与中位卸荷损失,转向过程的压力波动由1.2 MPa减小到了0.3 MPa,较装载机原有的负荷传感转向系统在一个转向周期内可节能56%,一台装载机年可约节约燃油292.6 L,若国内装载机都采用闭式泵控转向系统一年可减少1.2*10~5 T的碳排放;添加备压蓄能器后,转向过程的压力冲击显着减少,提高了液压转向系统的响应速度,使转向过程更加平稳、迅速,并且补油系统初始压力越高,闭式泵控转向系统的响应越快。

罗士军[5]2008年在《轮式铰接转向装载机线控转向控制系统研究》文中研究说明论文结合吉林省科技厅基金项目“线控转向技术在装载机上的应用”(20040336),校企合作项目“线控转向技术研究及其在装载机上的应用”,将线控技术应用于轮式铰接转向装载机的转向系统。在对国内外线控转向控制技术研究的基础上,研制开发了轮式铰接转向装载机线控转向控制系统。转向系统是轮式装载机中最为重要的系统之一,它直接影响整机的安全性、作业效率、能源消耗和司机的劳动强度,针对传统转向系统存在转向灵敏度不可调节、没有路感、转向定位精度低等问题,设计了采用叁位四通电液比例方向阀控制流量放大阀组成的转向角度控制子系统和具有力反馈特性、转向灵敏度可调的电子方向盘子系统。并围绕装载机线控转向控制技术进行了理论与试验研究。论文研究工作表明,本文所构建的线控转向控制系统应用在轮式铰接转向装载机上工作性能稳定,效果显着。该项技术的采用,有望进一步提高我国工程机械行业技术水平,对于提高我国装载机行业的技术含量,增强国际竞争力,降低操作人员的劳动强度具有一定的理论意义和实用价值。

闫旭冬[6]2016年在《电液流量匹配装载机转向系统特性研究》文中研究说明装载机作为工程建设中用量最大的机种之一,存在油耗高、排放大的问题。装载机工作过程中转向动作频次高,并且其普遍装配的定量泵转向系统存在较高的能耗,因而转向系统的节能研究是国内外各厂商及学者的研究重点方向之一。目前国产小型装载机普遍采用阀控负荷传感转向方式,该系统压力虽与负载匹配,但定量泵的输出流量正比于发动机转速,不能根据负载需求进行调节,因此该系统会产生与流量有关的能量损失。针对此问题,提出采用伺服电机独立单方向驱动定量泵的电液流量匹配转向控制方法,即在单位时间内,使电机所转圈数与方向盘转角成一定比例,方向盘停止转动,电机也停止转动,从而降低系统能耗。另外通过电磁阀将该控制系统与现有转向系统并联,以便在伺服电机及其他元器件出现故障的情况下切换到原有转向系统。为了降低转向控制电机的装机功率,回路中设置了蓄能器提升泵的动力。即将蓄能器的输出压力引到泵的出口,从而克服转向系统在转向初始阶段的的峰值压力。本文首先在多学科联合仿真软件SimulationX中建立了装载机整机联合仿真模型,其中主要对装载机叁维实体模型、全液压负荷传感转向器、静态优先阀及轮胎-地面模型的建立进行了详细论述。对装配有负荷传感转向系统的装载机在原地转向各典型工况下进行了仿真计算;构建了装载机转向系统的试验测试系统,对比仿真与试验测试结果,验证了所建立的仿真模型的准确性。进一步将此仿真模型用于新的电液流量匹配转向系统,并进行仿真分析。对上述两种转向系统的能量效率及运行特性进行对比分析。仿真结果表明,在维持与原系统相同原地转向特性的情况下,电液流量匹配转向系统在空载低速转向工况下降低系统能耗约36%,空载快速转向工况为37%,正载中速转向工况为39%,偏载中速转向工况为28%。而行走正载转向工况,相对原有定量泵系统,新系统中泵所消耗能量降低38%,偏载工况为31%。仿真结果表明:电液流量匹配系统避免了系统中的高压溢流损失与中位卸荷损失情况的出现。该系统使泵输出流量随转向液压缸的需求进行调节,减少了转向系统中有关流量的损失。该转向控制方式对外载荷变化范围大且操作动作频繁的液压系统的节能设计提供了一定的借鉴意义。

王剑鹏[7]2011年在《50型装载机液压系统动态特性与热平衡研究》文中认为液压系统是装载机重要的组成部分之一,其工作性能好坏直接影响装载机的整机性能。对液压系统进行动态特性分析、节能改进、热平衡计算等均需知道系统内液压油流量、压力等参数。由于装载机的作业方式多样,每种作业方式包含多种动作,相应的液压系统流量、压力数值均存在较大差异。如需掌握系统特性参数的变化规律,以往只能在物理样机上通过试验的方法进行。如果在产品开发阶段就能完全掌握液压系统工作特性,这将大大缩短产品开发周期、降低成本。未来车辆的排放标准将越来越严格,传统工程机械面临严峻挑战。如何在保证可靠性的基础上减少排放,提高系统效率,是目前研究人员最为关心的问题之一。装载机液压系统工作油温应该在35-85℃之间,但国产装载机存在液压系统夏天过热以及冬天过冷的问题,严重影响产品的可靠性。国外装载机由于有成熟的解决方案,问题较少;国产50型装载机缺少相关核心技术,问题较多。液压系统热平衡问题表象为温度,人们想尽办法将温度控制在合理的范围内,控制温度最直接的方法就是提高散热效率。人们采取加大散热器面积、提高风扇转速或者加大风扇直径等手段,但是往往忽略了如何从减少热量产生的根源入手。液压系统节能的目的就是使能量得到充分利用,热能耗损尽量减少。在装载机工作过程中液压系统产生的热量大多来自于系统功率损失,从能量守恒的观点来看,减少功率损失,提高系统效率既可以有效的降低油温,同时也可以降低液压系统能耗。本文以50型装载机为研究对象,基于装载机典型作业工况,以减低液压系统功率损失、提高液压系统工作效率、控制液压系统油温在合理工作范围内为目的开展一系列相关研究。首先建立了装载机液压系统AMESim仿真模型和RC网络传热模型,并通过试验来验证模型的有效性。基于仿真模型对装载机液压系统动态特性和热平衡进行仿真研究,计算分析装载机液压系统在I形铲装试验工况中的功率损失;对装载机不同转向液压系统配置,不同作业工况分别进行热平衡仿真研究,并对相应转向液压系统配置和作业工况进行评价。基于AMESim仿真软件建立装载机工作装置液压系统的仿真模型在AMESim软件中建立装载机工作装置及其液压系统仿真模型,建立多路阀、优先阀和优先卸荷阀HCD模型。根据装载机工作装置典型动作进行机液耦合仿真,经试验验证模型可以较好得反映液压系统动态特性。对I形铲装作业中装载机双泵合流液压系统性能进行仿真分析,对比分析液压系统加装优先卸荷阀前后的系统效率,证明优先卸荷阀具有一定节能作用。在装载机I形铲装试验工况中,对装载机液压系统进行输出功率和功率损失计算,计算结果证明卸载动作结束后的液压系统高压溢流和动臂下降过程中动臂势能转化为热能是液压系统能量利用率较低的主要原因。建立装载机液压系统RC网络传热模型首先提出了装载机液压系统的模块化热平衡RC网络传热仿真模型。将装载机液压系统分为18个流动节点和5个表面传热节点,并对装载机I形铲装循环和高速行驶两种试验工况进行热平衡仿真分析。经仿真结果与试验对比分析,证明传热模型的有效性。结果表明装载机I型铲装循环试验工况中铲斗卸载结束后到动臂下降动作开始之前的短暂时间内,液压系统处于高压溢流状态,液压油温迅速升高。所建模型可用来进行液压系统热平衡计算分析,对液压系统的设计和改进具有指导作用应用传热模型对装载机不同转向液压系统配置和不同作业方式分别进行热平衡分析应用装载机液压系统热平衡RC网络传热模型对装载机典型I形作业方式、v形作业方式、L形作业方式和T形作业方式热平衡温度进行了仿真计算。计算结果表明:I形铲装工况并不是装载机液压系统热负荷最大工况;配置同轴流量放大转向液压系统的装载机在T形作业工况中,液压系统热平衡温度最高;配置全液压流量放大转向液压系统的装载机在V形作业工况中,液压系统热平衡温度最高;相比同轴流量放大转向液压系统,全液压流量放大转向液压系统在装载机单独转向动作中减少功率损失58.8%,复合动作中减少功率损失15.3%。典型工况中装载机液压系统动态特性和热平衡试验研制装载机液压系统多通道测量系统。在装载机典型工况和动作试验中,利用FLUKE多通道数据采集器,实时同步检测液压系统压力、流量和温度变化,并测量液压油散热器液压油流量、温度和冷却空气的风速和风温。对不同配置装载机液压系统的过热问题提出相应改进方案就装载机液压系统过热问题,对不同配置装载机液压系统,本文提出叁种改进方案分别为:1、液压系统增加优先卸荷阀;2、改变液压油散热器在回油管路布置方式;3、改变装载机转向液压系统回油管路布置结构。基于装载机液压系统热平衡RC网络仿真模型,对上述方案进行计算分析。计算和试验结果证明方案的可行性。

周原[8]2010年在《装载机线控转向智能控制方法研究》文中研究说明装载机线控转向系统将先进的电子技术、控制技术、计算技术应用于装载机的转向系统的控制,取消了方向盘和转向轮之间的机械连接,采用电子控制系统控制转向机构实现车辆的转向,简化了整车的结构,同时,也大大降低了驾驶员的劳动强度,提高了作业效率。装载机线控转向电子控制系统的性能直接影响其转向系统工作的精确性、可靠性和稳定性。因此,对装载机线控转向控制方法进行研究,实现装载机转向的智能控制具有重要的理论意义和实用价值。论文的研究工作结合吉林省科技厅基金项目“线控转向技术在装载机上的应用”(20040336)、及校企合作项目“线控转向技术研究及其在装载机上的应用”进行。为便于对装载机线控转向系统的研究,本文首先建立了基于AMESim的流量放大阀及装载机线控转向液压系统仿真模型,对流量放大阀特性进行了仿真和试验研究。本文在详细分析了装载机线控转向系统及其工作过程的基础上,采用基于相平面分区控制的方法设计了装载机线控转向九态控制器和五态控制器,并将模糊控制技术与相平面分区控制方法相结合,设计了模糊相平面五态控制器。仿真和试验结果表明,所设计的控制器均可以很好地满足装载机转向过程的控制要求,实现装载机转向过程的智能控制。嵌入式系统是近年来广泛应用的自动控制系统硬件平台。本文采用嵌入式微处理器设计了装载机线控转向控制系统,配置了CAN和FlexRay总线接口、GPRS接口等,为组建装载机车内局域网,实现装载机整车的智能控制及远程控制和管理提供了硬件平台。

王凯[9]2011年在《50型轮式装载机液压系统工作特性与能耗分析》文中认为液压系统是装载机的重要组成部分,液压系统工作效率的高低直接影响到装载机的工作效率与节能特性。液压系统效率过低常导致液压系统温度过高,进而影响装载机的正常工作。国内现有的50型轮式装载机液压系统多为定量系统,能耗较为严重,对装载机液压系统能耗的分析也不够完善。由于装载机工作方法以及施工环境的多样化和复杂性,对装载机液压系统工作特性及能耗的分析没有形成一个完整而细致的系统。本文利用PRO/E软件建立工作装置以及转向机构叁维模型,并导入到动力学仿真软件ADAMS中,建立工作装置和转向机构虚拟样机模型,生成相应的联合仿真状态变量。运用软件AMEsim建立工作装置液压系统模型,并通过AMEsim与ADAMS之间的数据接口将装载机的机械系统和液压系统联合起来。针对装载机工作中常见的插入、收斗举升、卸载、动臂下降等工况进行了仿真分析,得出工作装置液压系统压力、流量等参数的动态特征,并对每一个工况进行了能耗分析,统计出能耗损失严重的环节。经分析得知,能耗严重的主要原因是转向泵和工作泵工作时有高压溢流现象,且工作装置液压系统中位低压大流量也产生较大的能量损失。通过分析转向液压系统中优先阀以及转向器的工作原理,根据转向液压系统原理图建立转向液压系统联合仿真模型。运用转向液压系统与转向机构联合仿真的方法,分析了装载机处于不同工况下转向液压系统中压力、流量等特性参数的变化。并对上述每一个工况进行能耗分析,找出转向液压系统效率偏低的原因。分析了行驶工况下转向液压系统的工作特性,并对复合工况下工作装置液压系统和转向液压系统进行工作特性与能耗分析。同时分析了装载机液压系统的效率与装载机作业方法的关系。在分析装载机液压系统的基础上,以节能为出发点,提出两种改进方案以提高工作装置液压系统效率,并对改进后工作装置液压系统在特定的工况下进行仿真与能耗分析,验证了改进工作装置液压系统的可行性,能有效提高工作装置液压系统的效率,降低能耗。对装载机进行转向试验,得出转向液压系统转向时压力、流量动态特征,验证转向液压系统联合仿真模型的正确性和合理性。

王东升[10]2008年在《节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力计算的研究》文中提出节流槽滑阀是液压阀的基本结构形式之一,其阀口是在阀心凸肩上均布若干不同形状的节流槽,用于获得不同的流量控制特性。节流槽滑阀及广泛用作工程机械液压主控制阀、液压比例阀及伺服阀的主阀。通过合理配置节流槽,可以获得丰富的多级阀口面积曲线,实施对流量的多级节流控制,满足不同工况下液压执行机构对运动速度的要求,使得液压执行机构起动或停止时刻平稳,工作区段能够根据工况需要分级或比例控制液压执行机构的运动速度。节流槽滑阀阀口流量特性及稳态液动力的精确计算,是高品质液压控制阀设计的关键环节。本文针对节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力的计算,采用试验分析、数值模拟和理论分析相结合的方法进行了深入的研究。提出用节流面串联和最小过流面分别计算等截面和渐扩形节流槽阀口面积的确定原则,提出用节流槽内节流面的串并联效应计算组合节流槽阀口面积的确定原则,推导了典型节流槽阀口面积的计算公式并编制了其计算程序;发现矩形节流槽阀口流量系数在小阀口开度时接近于1,随阀口开度增大而迅速减小,中间阀口开度时可近似为常数,接近全周开口时又迅速增大,且随其截面深宽比增大而增大,并随截面水力直径增大而有所增大,流出方向流量系数大于流入约0.05~0.1;发现V形节流槽阀口流量系数与阀口开度呈衰减型指数函数关系,随V形槽坡度角增大而减小,流出方向流量系数大于流入方向约0.1~0.3;提出完整表征节流槽流量控制特性的参数“阀口流量面积A_q”的新概念;建立了矩形节流槽滑阀稳态液动力的数字化计算模型及程序。本论文研究内容及结论对液压控制阀阀口流量特性及计算理论进行了补充,对节流槽滑阀稳态液动力的计算提供了新的方法,对于节流槽滑阀的数字化设计和精确性能预测具有重要的学术和实用价值。论文的主要内容如下:第一章,阐述了本课题研究的背景和意义;概述了液压阀阀口流量及液动力特性的研究现状和存在的问题;概述了流场仿真在液压技术中的应用现状及其对本课题研究的应用价值;概括了本论文的主要研究内容。第二章,针对液压滑阀等截面和渐扩形两种典型节流槽,基于节流槽结构及其内流场特征,提出了用节流面串联和最小过流面分别计算等截面和渐扩形节流槽阀口面积的确定原则,推导出了典型节流槽阀口面积计算公式。在此基础上运用节流槽液阻效应分析确定了组合节流槽的阀口面积计算原则和方法,推导了典型组合节流槽阀口面积的计算公式。节流槽滑阀阀口面积可由其组成节流槽阀口面积迭加获得,运用MathCAD软件建立了节流槽形式滑阀阀口面积的通用计算程序。本章研究内容实现了节流槽滑阀阀口面积的数字化计算,是节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力数字化计算研究的基础。第叁章,基于阀口流量压差特性试验,对滑矩形节流槽阀口、V形节流槽阀口和二节矩形节流槽阀口的流量系数分别进行了试验分析,在阀口面积实现程序化计算的基瓷?运用数值解析的方法获得了上述叁种典型节流槽阀口的流量系数及其变化规律,给出了工程设计应用的取值参考。提出了完整表征组合节流槽阀口流量控制特性的参数“阀口流量面积”的新概念,并对其特性进行了分析,对分离理解及运用阀口面积和流量系数的传统液压阀流量计算理论进行了发展。第四章,对矩形节流槽滑阀的稳态液动力进行了试验分析,获得了矩形节流槽滑阀的稳态液动力曲线及其与阀口开度、节流槽结构和油液流向的关系。运用流场仿真获得节流槽阀腔压力场和速度场的解,结合液压流体力学动量定理,从节流槽内部流动特性的角度对节流槽滑阀稳态液动力特性进行了深入分析。基于滑阀节流槽阀腔内的流动特征,结合试验测量和流场仿真计算结果,对节流槽滑阀稳态液动力的数字化计算方法进行了研究,建立了矩形节流槽滑阀稳态液动力的数字化计算模型及程序,程序计算结果与试验测量结果吻合良好。本章研究内容及结论对于液压滑阀液动力特性和计算理论进行了重要补充,对于节流槽滑阀稳态液动力的数字化计算和精确预测具有一定的指导意义。第五章,针对装载机流量放大液压转向系统的振动问题,对系统液压主控制阀一流量放大阀的特性进行了数字化解析,分析了系统的振动原因。运用取得的研究成果及结论对流量放大阀进行新的设计,获得了一种全新流量放大阀主阀。试车振动测试表明,全新流量放大液压转向系统具有振动小、控制性能优良、操作舒适及节能等特点。第六章,对本论文的研究工作和成果进行了总结,展望了下一步的研究工作。

参考文献:

[1]. 轮式工程机械全液压转向系统建模及仿真研究[D]. 吕振伟. 中南林业科技大学. 2011

[2]. 装载机线控转向系统半实物仿真研究[D]. 高建明. 吉林大学. 2005

[3]. 装载机液压转向系统的数字仿真与特性分析[D]. 荆小怀. 吉林大学. 2004

[4]. 变转速容积独立控制的轮式装载机转向系统特性研究[D]. 王翔宇. 太原理工大学. 2018

[5]. 轮式铰接转向装载机线控转向控制系统研究[D]. 罗士军. 吉林大学. 2008

[6]. 电液流量匹配装载机转向系统特性研究[D]. 闫旭冬. 太原理工大学. 2016

[7]. 50型装载机液压系统动态特性与热平衡研究[D]. 王剑鹏. 吉林大学. 2011

[8]. 装载机线控转向智能控制方法研究[D]. 周原. 吉林大学. 2010

[9]. 50型轮式装载机液压系统工作特性与能耗分析[D]. 王凯. 吉林大学. 2011

[10]. 节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力计算的研究[D]. 王东升. 兰州理工大学. 2008

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装载机液压转向系统的数字仿真与特性分析
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