1、 毕 业 设 计 论 文 课题名称 自卸系统液压多缸同步电液控制研究 课题来源 生产实际 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 T813-4 学 号 20080130704 学生姓名 胡亮 指导教师 赵国华 完成日期 2012 年 5 月 23 日 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
2、 学位论文作者签名：胡亮 日期： 2012 年 5 月 23 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在 _年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名：胡亮 指导教师签名： 日期： 2012 年 5 月 23 日 日期： 年 月 日 本论文属于 I 【 摘要 】 汽车液压多缸自卸系统是应用在中大型工
3、程自卸汽车上的车厢自动翻斗卸货系统，因载重量大（一般大于 10吨），所以一般要用两个以上的液压缸作为动力。为了解决 多缸在规定误差内同步运动这一关键问题，以三缸的同步运动作为研究案例，经过研究与计算，先确定符合要求的液压控制回路，然后再运用 Matlab软件对液压回路进行建模与仿真分析，验证其可行性。经仿真得到的结果能够满足规定的要求（翻转速度 3m/min以上，同步精度 0.1%以上）。 关键词： 系统图 数学模型 仿真 同步运动 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 II 【 abstract】 The multicylinder dump system of Auto
4、mobile hydraulic is the compartments in the medium and large projects on the dump truck dump unloading system automatically ,Because the loaded weight of a large( Typically greater than 10 tons )， Generally use two or more hydraulic cylinder as the driving force .In order to solve this critical issu
5、e for the synchronous movement of the multi-cylinder within the specified error ,Synchronous movement of the triplex as a case study ,After the study and calculation ,Firstly determining the hydraulic control circuit to meet the requirements ,Then using the Matlab software modeling and simulation an
6、alysis of the hydraulic circuit ,Verifying its feasibility .After the simulation results obtains to meet the requirements(Flip the speed 3m/min above , the synchronization accuracy of 0.1% ). Keywords： system diagram mathematical model simulation Synchronous movement 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 III
7、 目 录 摘 要 . I Abstract. 1 绪 论 1.1 本课题的来源、目的及意义 . (1) 1.2 课题的国内外研究现状 . (1) 1.3 本课题研究的主要内容 . (3) 2 液压系统方案的选择与确定 2.1 概述 . (3) 2.2 各详细方案的介绍 . (3) 2.3 方案对比 . (5) 2.4 小结 . (6) 3 总体参 数的选择与确定 3.1 概述 . (6) 3.2 总体参数的选择与确定 . (6) 3.3总体研究步骤安排 . (7) 4 液压缸的选择 4.1 液压缸选择概述 . (7) 4.2 液压缸铰接位置点的优化与型号的确定 . (7) 4.3 液压缸各参数
8、的确定 . (9) 4.4 小结 . (10) 5 液压泵的选择 5.1 液压泵选择概述 . (11) 5.2 液压泵类型的确定 . (11) 5.3 液压泵型号的确定 . (12) 5.4 小结 . (12) 6 其他阀类元件的选择 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 IV 6.1 阀类元件选择概述 . (13) 6.2 电磁换向阀的型号与参数的确定 . (13) 6.3 电磁调速阀的型号与参数的确定 . (14) 6.4 减压阀的型号与参数的确定 . (14) 6.5 小结 . (14) 7 方案在 MATLAB 中的仿真 7.1 关于液压在 MATLAB 中仿真的概
9、述 . (15) 7.2 载重模型的确定 . (15) 7.3 液压系统模块的建立 . (17) 7.4 液压动态结构图的建立 . (19) 7.5 液压缸（带负载的情况）传递函数的确定 . (20) 7.6 电液比例调速阀传递函数的确定 . (22) 7.7 液压数学模型的建立 . (23) 7.8 小结 . (24) 8 仿真结果的分析 8.1 仿真结果分析概述 . (25) 8.2 仿真结果分析 . (25) 8.3 系统可行性分析 . (31) 8.4 小结 . (32) 9 结论与展望 9.1 本文总结 . (32) 9.2 将来展望 . (33) 致 谢 . (34) 参考文献 .
10、 (35) 附 录 1 1 1 绪 论 1.1 本课题的来源、目的及意义 1.1.1 本课题研究的来源 汽车液压多缸自卸系统是应用在中大型工程自卸汽车上的车厢自动翻斗卸货系统，因载重量大（一般大于 10吨），所以一般要用两个以上的液压 缸作为动力。但是在使用多缸时，就存在同步控制问题。据某公司反映，当自卸汽车的液压系统存在严重的同步问题时，轻者会因受力不均衡出现明显的车厢变形，重者会出现车厢断裂的严重事故，因此实现多缸在规定的精度下的同步控制是本课题研究的目的。 1.1.2 本课题研究的目的 通过运用计算机仿真技术（ MATLAB 软件），针对某公司生产的中大型工程自卸车的 车厢自动翻斗卸货系
11、统 在进行翻转时存在的多缸不同步现象 （有时造成车厢变形，严重的会造成车厢体断裂），完成多缸同步液压电液系统的方案研究，用以指导存在多缸不同步现象的自卸车 的生产实践，达到提高多缸同步的精度、获得更加优化的液压同步控制系统的目标。 1.1.3 本课题研究的意义 基于某 公司出现的中大型工程自卸车的车厢自动翻斗卸货系统不同步现象 ，通过指导老师介绍存在如下主要问题： 1、 该公司生产的自卸液压油路系统过于简单，以至于都不能满足于基本的补偿功能； 2、 该公司生产的自卸液压油路系统只是单一的供油系统，无反馈系统； 3、该公司生产的自卸液压油路系统控制的油缸不同步现象严重，远超出了规定的误差范围，有
12、时载重量大的情况下，会造成车厢发生变形 ,甚至导致车厢体的断裂。 基于上述原因，对 液压油缸的同步问题的研究已势在必行。考虑到经济条件和现实条件，通过对整个设计过程运用计算机仿真的方式，不但能够缩短生产周期，降低制造成本，提高加工精度，延长刀具寿命，建立或完善贴近实际生产的虚拟模型系统，从而更大程度上提高仿真水平，获取更大的经济利益。 1.2 课题的国内外研究现状 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 2 社会需求永远是推动技术发展的动力，降低能耗，提高效率，适应环保需求，机电一体化，高可靠性等是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。
13、由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动 控制技术、计算机技术、微电子技术、磨擦磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。 （ 1）课题的国外研究概况 第二次世界大战后，随着工业化水平的迅速提高以及电液伺服阀的出现，液压伺服系统得到了新的发展。它将电子控制和液压传动有机地结合起来，开辟了液压传动应用的新领域，液压技术在民用领域的应用范围日益广泛。 现代 液压技术既源于传统的机械技术，又融合了控制理论、精密制
14、造、新材料、自动化和智能化的检测、传感器以及信息技术等，其产品和系统通常体现为多种技术的融合与系统集成。尽管，以其他传动方式取代液压传动的研究从未停止过，但到目前为止，像数码产品在摄影领域完全取代胶片的“颠覆性革命”，在液压领域还没有出现。 由于液压技术在装备制造业中发挥着关键作用以及其自身丰富的技术内涵，使得液压技术已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。作为世界上装备制造业最发达的美、德、日等经济体，都有着液压强国的深刻背景。 （ 2） 课题的国 内研究概况 经过改革开放三十年发展，中国液压行业已形成门类基本齐全、具有较大规模和一定技术水平的产业体系，在装备制造业中具有不可替代的地位。
15、液压行业发展步伐加快，自主化水平明显提高，已成为世界液压产品的制造大国之一。 1）经济总量快速增长 . 2001 年 2008 年，中国液压产业工业总产值年均增速都在 25以上，成为全球液压产业发展速度最快的国家。 2007 年，中国液压市场销售额约占全球液压市场销售总额的 14，居美国和德国之后位列全球第三。取得这样的成绩，一方面是基于国内市场需求的迅猛增 长；另一方面是得益于国内液压产业产能的快速提高，在国际市场中低端产品领域的竞争中取得了优势。 2）形成了多种成分并存的产业架构 经过数轮的重组、改制、兼并以及境外资金的进入，中国液压行业已形成了国有企业、民营企业、三资企业三足鼎立的格局。
16、 3）技术能力有所提高 结合国家重大工程项目建设，行业扎实推进自主化工程，为航空航天、船舶、大型水利工程、大型冶金设备、核电工程、奥运会工程等配套的液压元件及系统取得了有效突破。如四川长江液压件有限公司在北京华德液压有限公司的积极协助下，顺利完成 了北京奥运会主火炬台和希望之塔的液压系统配套任务。 4）中低端产品基本实现自主化 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 3 从液压产品的贸易情况可以看出，目前国内市场对进口的高端产品需求量仍保持着两位数的增长速度；而中低端产品的出口则保持平稳。据海关统计， 2008 年国内液压产品进口额约为 21 亿美元。以整个液气密行业为统计口
17、径， 2008 年，进口额比上年增长了 50。液气密全行业进出口逆差为 22 亿美元。 目前，国内液压市场的份额构成，在自主的 65%份额中，有 10%出口。 1.3 本课题研究的主要内容 1、确定比较合理的液压系统 方案； 2、进行总体参数的设定； 3、液压元件型号与参数的确定； 4、在 MATLAB 软件环境下建模与仿真； 5、对仿真得到的结果进行分析，确定方案的可行性； 6、撰写论文。 2 液压系统方案的选择与确定 2.1 概述 液压传动是机械传动的一种，但是现在的液压技术越来越成熟，于是可以认为液压已经是区别于机械和电气的另一种传动了，就是人们通常说的机电液。对于一个问题的解决，一般可
18、以有几种方案，我们所要做的就是找出最优化的方案。同样对于有液压系统参与的运动，液压系统本身同样也有多 种方案，我们可以通过控制方式、经济、复杂性等方面的分析，确定最优化的方案。 2.2 各详细方案的介绍 2.2.1 多油泵无反馈式多缸液压同步系统 该液压系统的控制方式是每个定量泵控制一个液压缸。因为每个定量泵单位时间内泵出的流量相同，这样就可以保证各液压缸内流量的相同，达到同步的效果。然后每个液压回路上装上一个简易的的调速阀，用来调节回路中的流量，从而控制液压缸移动的速度。另外在各回路上加上减压阀，来保证回路的安全。各个油路都是保持开环状态。控制回路如右图 1 所示 ; 2.2.2 多油泵有反
19、馈式多缸液压同步系统 图 1 湖 北 汽 车 工 业 学 院 毕 业（设 计） 论 文 4 该液压系统依旧是每个定量泵控制一个液压缸。除了 有定量泵保证单位时间内泵入液压缸的流量相同外，我们还在液压缸活塞的末端上安装一个位移传感器，首先设置一个基准缸，其他的液压缸的动作都向基准缸看起，通过 PLC 处理各个液压缸的位移信号，若是观察到某个液压缸运动的过快（或过慢）时， PLC 就会发出相应的处理信号来控制该液压缸回路 上的电磁换向阀开口的张大（或缩小），从而更能准确的控制液压缸的位移运动。当然各个油路都会装有减压阀回路，用来保证整个液压回路的安全。 图 2 每个液压回路都保持闭环状态。控制回路
20、如 右图 2 所示； 2.2.3 多油泵有反馈式多缸液压同步系统 该液压系统采用的是由一个油泵为三个液压缸输油的方式。油泵还是采用汽车普遍使用的定量泵，然后在回路上使用分流阀将油平均的分配到两个油箱中。当然此处是三个液压缸的情况，我们应该用两个分流阀，从而保证了输入三个液压缸的流量相同，达到三缸同步的作用。油路中的换向阀是控制整个液压系统方向的。最后在液压回路上装上有减压阀的减压回路，来保证液压回路的安全运转。每个液压回路都是保持开环状态。控制回路如右图 3 所示； 图 3 2.2.4 单油泵有反馈式多缸液压同步系统 该液压系统采用的依然是一个油泵为三个液压缸输油的方式。定量泵可以控制整个液压系统总的供油量，然后在各个液压缸回路上装一流量传感器或是在各个 液压缸活塞的顶端装一位移传感器，用来检测各个液压缸的流量或是其单位时间内的位移量。在各个液压回路上都装有电磁比例调速阀，用以控制输入各个缸的流量。当然回路上的电磁换向阀是控制三个缸的总流量及液压缸的运动方向，回路上含有减压阀的减压回路是为了保证整个回路的安全运行。我们依旧是选择其中一个缸为基准缸，另外两个缸都是根据基准缸的运动调整自己的运动，当其中某个缸运动的过快（或过慢），其油路上的流量传感器或是活塞顶端的位移传感器检测到的数据，通过与基准缸上的数据比较，从而决定自己是快还是慢了，竟而输出相应的控制信
