无阀自配流液压冲击器动态建模与电液控制方法研究

论文摘要

论文在分析了国内外液压冲击器工作原理与控制技术的基础上,提出了一种新型无阀自配流气液联合做功式冲击器结构原理。此结构改善了纯液压式的无阀冲击器为了增大冲击能而需要增大油腔容积导致机器变得笨重的问题。研究了其设计理论,分析了氮气室、蓄能器与冲击器的耦合以及理想示功图。然后,根据冲击器的工作原理,建立了冲击器的数学模型；通过计算机仿真寻优,确定气液做功分配比最优值；研究了冲击器的实际工作过程,详细分析了各有关参数对冲击器工作性能的影响,从中获得了一些关于其运动的规律性认识。这不仅为它的整体设计提供了理论基础,而且对冲击器设计理论进行了验证。最后,结合分析冲击器的工作原理特点与工程实际,冲击器活塞在工作时具有回弹现象,回弹速度可转化为氮气室峰值压力的变化。压力变化大则回弹速度大,即工作对象较硬需要调大冲击能；反之则需要调小冲击能。从仿真分析中可知：系统的流量和压力对冲击性能的影响较大。因此,本文以活塞回弹而引起的氮气室峰值压力变化作为控制系统的反馈信号建立冲击器电液控制系统,调节系统的流量和压力,从而实现根据工作对象物理性质变化自动调整冲击输出参数。提出了两种控制方案：变频液压技术和变量泵变量机构的电液控制技术。从理论上分析了这两种控制方案的特点,最后选定了对变量泵变量机构进行电液控制的方案,并对其电路部分进行了设计。上述研究对于无阀液压冲击器的研究与生产具有一定的参考价值和借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 液压冲击器概况
• 1.1.1 液压冲击器发展概况
• 1.1.2 液压冲击器基本结构
• 1.2 液压冲击器的分类及比较
• 1.3 本课题国内外的研究动态及发展趋势
• 1.4 本课题研究的意义及重点
• 2 无阀自配流液压冲击器系统理论研究
• 2.1 无阀自配流液压冲击器的结构及工作原理
• 2.2 无阀自配流液压冲击器的线性研究
• 2.2.1 活塞运动速度图
• 2.2.2 各运动学参数间的关系
• 2.2.3 结构参数与运动学参数间的关系
• 2.2.4 抽象设计变量α的优化
• 2.3 无阀自配流液压冲击器参数的确定
• 2.3.1 性能参数要求
• 2.3.2 运动学参数的确定
• 2.3.3 结构参数的确定
• 2.4 氮气室的研究
• 2.5 蓄能器的研究
• 2.5.1 前腔蓄能器
• 2.5.2 后腔蓄能器
• 2.6 理想示功图的研究
• 2.7 本章小结
• 3 无阀自配流液压冲击器动态建模与仿真研究
• 3.1 无阀自配流液压冲击器的数学模型
• 3.1.1 建立系统数学模型的有关假设
• 3.1.2 系统数学模型
• 3.2 无阀自配流液压冲击器数字仿真模型的建立
• 3.2.1 仿真软件简介
• 3.2.2 仿真模型的搭建
• 3.3 冲击器性能参数计算
• 3.4 气液做功分配比Φ的优化
• 3.5 不同因素对冲击器性能的影响
• 3.5.1 活塞质量对冲击性能的影响
• 3.5.2 溢流阀的调整压力对冲击性能的影响
• 3.5.3 泵的供液流量对冲击性能的影响
• 3.6 本章小结
• 4 无阀自配流液压冲击器电液控制方法研究
• 4.1 工作对象物理性质的辨识
• 4.1.1 冲击器活塞回弹现象
• 4.1.2 回弹速度计算
• 4.2 两种电液控制方案分析
• 4.2.1 采用变频液压技术的控制方案
• 4.2.2 变量泵变量机构进行电液控制的方案
• 4.3 冲击器电液控制系统方案选定
• 4.4 系统硬件电路设计
• 4.4.1 单片机选型
• 4.4.2 单片机系统时钟和复位电路
• 4.4.3 A/D（模/数）转换电路
• 4.4.4 PWM驱动电路
• 4.4.5 电源电路
• 4.5 系统软件程序流程图
• 4.6 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢