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推土机工作装置升降电液比例控制系统研究

2020-12-15阅读(128)

推土机工作装置升降电液比例控制系统研究

论文摘要

推土机在建筑、采矿、农林、国防等领域都有广泛应用,但是我国目前推土机主要采用手动的操作方式来调节工作装置升降,这种作业方式存在效率低、质量不高且操作滞后等缺点;同时还要求驾驶员具有非常熟练的操作技能,且操作频繁,劳动强度大,易出现作业和安全事故等问题。鉴于此,本文设计了一套推土机平地作业时工作装置自动升降的电液比例控制系统。本研究以ZD120-3型履带推土机为载体,集液压、传感器、信号处理和微控制技术于一体,以拖拉机位调节方式为控制原理,构建了推土机工作装置自动升降的电液比例控制系统方案。主要研究内容如下:（1）提出了推土机工作装置自动升降控制系统的总体设计方案,包括液压系统的方案设计和电控系统设计两个模块;（2）改进设计了新的液压系统方案,该方案主要由两个比例先导阀、主换向阀、手/自切换阀和油缸组成,以比例减压阀作为先导阀,液动滑阀作为主换向阀,选择了脉宽调制（PWM）法控制先导阀的动作;（3）对设计的液压系统进行了数学建模,主要是对先导阀、主换向阀和油缸的流量特性方程和力平衡方程进行了分析,建立了基于整体液压系统的油缸位移和PWM信号占空比之间的传递函数,并在MATLAB7.1的SIMULINK中进行了仿真分析,得出了系统阶跃响应的动态性能:最大超调量为30%,在0.3s内达到稳定状态,仿真结果表明了液压系统方案设计的合理性;同时,在数学模型的基础上,采用状态方程法得出了主换向阀控制腔压力和出口流量子系统的仿真框图,并进行了仿真,结果表明二者之间成正比关系;（4）设计了基于AT89S52单片机为核心的电控系统硬件电路,主要包括A/D转换电路、液晶显示电路、电磁阀驱动电路、电源转换电路以及单片机最小系统电路,采用Altium Designer软件绘制了硬件电路的原理图和PCB板,制作出了电控系统硬件装置;（5）采用单片机C语言编写了电控系统的软件程序,包括主程序、A/D转换子程序、液晶显示子程序、判断算法子程序和位移调节模块中断子程序,并在Keil uvision2开发环境中编译通过;（6）对系统各个模块进行调试和模拟实验,并进行了组合实验,结果表明:A/D模块和液晶显示模块均能够稳定运行;电控系统控制输出的PWM信号通过示波器观察其能正确输出,其占空比实际值与理论值仅在端点值存在2%的绝对误差,能够满足系统要求;在控制主换向阀换向实验中,当设定值和实测值不同时,两个先导阀能够分别通电,正确控制主换向阀的换向,当二者差值在允许差值范围内时,先导阀不动作;PWM信号占空比不同时,控制输出到比例先导阀的电压值也不同,根据测量数据得出占空比与输出的控制电压之间成正比关系,因此运用占空比不同的PWM信号能够实现对输出电压大小的控制。通过模拟实验验证,本文设计的推土机工作装置升降的电液比例控制系统能够实现各功能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 文献综述
  • 1.1 研究的目的和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.3 主要研究内容
  • 1.4 技术路线
  • 第二章 电液比例控制系统整体分析
  • 2.1 系统的描述
  • 2.2 电液比例系统方案设计
  • 2.2.1 电液比例系统总体方案构成
  • 2.2.2 电控系统的构成
  • 2.2.3 液压系统构成
  • 2.3 液压系统的工作原理
  • 2.3.1 先导比例减压阀结构
  • 2.3.2 多路换向阀结构
  • 2.3.4 比例减压阀作为先导阀的控制原理
  • 2.3.5 先导比例减压阀的PWM 调制
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 工作装置液压系统的建模与仿真
  • 3.1 电液比例系统的概述
  • 3.2 液压系统特性方程的建立
  • 3.2.1 先导比例减压阀特性方程
  • 3.2.2 主换向阀特性方程
  • 3.2.3 换向阀控制液压缸连续流量输出方程
  • 3.2.4 液压缸传递函数
  • 3.3 液压系统仿真验证
  • 3.3.1 液压系统参数
  • 3.3.2 液压系统稳定性分析
  • 3.3.3 液压系统仿真分析
  • 3.4 本章小结
  • 第四章 电控系统的硬件设计
  • 4.1 概述
  • 4.1.1 工作装置自动升降的控制原理
  • 4.1.2 系统控制原理图和框图
  • 4.2 系统硬件电路设计
  • 4.2.1 单片机选择
  • 4.2.2 电源电路设计
  • 4.2.3 位移传感器调理电路
  • 4.2.4 液晶显示屏电路
  • 4.2.5 比例电磁阀的驱动电路
  • 4.3 单片机系统电路
  • 4.3.1 时钟电路
  • 4.3.2 复位电路
  • 4.3.3 USB 下载接口电路
  • 4.4 信号采样
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 电控系统的软件设计
  • 5.1 系统软件组成与设计原则
  • 5.2 软件编程语言和开发环境的选择
  • 5.3 主程序和各子程序的设计
  • 5.3.1 主程序的设计
  • 5.3.2 A/D 转换子程序的设计
  • 5.3.3 液晶显示子程序的设计
  • 5.3.4 位移调节模块子程序
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 系统调试与模拟实验
  • 6.1 实验目的
  • 6.2 实验内容
  • 6.3 实验设备
  • 6.4 实验过程
  • 6.4.1 A/D 转换和液晶显示实验
  • 6.4.2 PWM 信号输出实验
  • 6.4.3 控制主换向阀换向实验
  • 6.4.4 PWM 信号控制输出的电压值变化的实验
  • 6.5 实验结果
  • 6.6 本章小结
  • 第七章 结论与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 创新点
  • 7.3 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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