基于变频技术的高温液压流量控制系统

论文摘要

考虑到液压介质的润滑性、密封材料的柔性等原因,液压系统对介质的工作温度一般要求在80℃以下。而在一些极端的场合,比如坦克、航天等领域,需要功率密度大,即以最小的质量获得最大的动力传递与控制,不可避免的损耗带来了系统油液的温度升高。所以这类机械设备希望采用高温液压系统,即让系统耐受比通常液压系统更高的温度,比如坦克液压系统温度接近130℃,一些航天器的液压系统更高达150℃。这些系统由于采用了极端的材料和贵重的元件,造价非常昂贵。本文以结构简单、价格低廉的齿轮泵为核心,构建了可以提供200L/min大流量,压力为15MPa,温度为125℃用于坦克车辆动力单元的试验供油系统。该系统具有3路供油,压力和流量都可实时控制。其中压力控制采用比例阀,流量控制采用变频技术,所涉及的检测元件和控制元件都经过了高温改造。研究了变频控制高温齿轮泵系统,建立了系统各环节数学模型,使用Simulink对各环节及其系统特性进行了仿真,分析了油温以及重要结构参数对其影响。针对温度变化对系统控制精度的影响,研究了闭环PID控制补偿作用。这种基于变频控制的齿轮泵系统流量控制精度误差小于4%,控制调节时间小于18秒。在理论建模和仿真分析的基础上,完成了高温多路供油系统的现场操作和远程计算机控制。现场触摸屏和远程计算机界面都采用系统实物造型,系统的油箱液面检测、温度检测、各过滤器的状态检测以及各个阀门的状态等都在界面上清晰显示,方便操作,提高了系统的可靠性。所有调节既可以在远程计算机上实现,也可以在现场触摸屏上实现,通过PLC控制完成,避免了直接调节高温元件的麻烦和危险。对齿轮泵变频控制的理论研究扩宽了齿轮泵的应用范围,为低成本的高温系统的设计提供了一种新的技术手段,而且可以应用于更广泛的领域。所研制的高温供油系统已在现场科研实验中使用。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 高温液压系统
• 1.1.1 高温对液压系统的影响
• 1.1.2 高温液压系统的研究现状
• 1.2 变频液压系统
• 1.2.1 变频调速的基本原理
• 1.2.2 变频液压系统的组成
• 1.2.3 变频驱动液压控制系统的特点
• 1.2.4 变频液压技术的研究现状与发展
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 液压系统设计
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 方案选择
• 2.3 系统原理
• 2.4 各油路计算
• 2.5 元件选型
• 2.5.1 高温泵的选型
• 2.5.2 电机选型
• 2.5.3 比例溢流阀选型
• 2.5.4 液压油箱及其附件
• 2.6 系统总成造型
• 2.7 本章小结
• 3 变频控制高温齿轮泵的流量性能研究
• 3.1 高温齿轮泵的数学模型
• 3.1.1 高温齿轮泵的原理
• 3.1.2 数学模型的建立
• 3.2 变频控制高温齿轮泵流量特性的仿真研究
• 3.2.1 系统稳定性分析
• 3.2.2 变频控制高温齿轮泵流量静态特性分析
• 3.2.3 变频控制高温齿轮泵流量动态特性分析
• 3.2.4 变频控制高温齿轮泵闭环仿真研究
• 3.3 本章小结
• 4 控制系统设计
• 4.1 硬件设计
• 4.1.1 PLC选型
• 4.1.2 变频器选型
• 4.1.3 传感器选型
• 4.2 软件设计
• 4.2.1 下位机PLC程序设计
• 4.2.2 上位机HMI人机交互界面设计
• 4.3 本章小结
• 5 实验研究
• 5.1 实验目的及步骤
• 5.2 实验系统
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 主要技术指标
• 5.3.2 流量性能实验
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集