特大型板材熱成型液壓機本體與電液系統(tǒng)研究.pdf

1、特大型板材熱成型液壓機具備完成超大平面尺寸金屬板材的彎曲、拉深等壓力成型工藝的能力，用于制造以核反應(yīng)堆安全殼為代表的壓力容器、以航空母艦為代表的船艦等大型金屬結(jié)構(gòu)體的曲面板狀型材，在諸多支柱性制造業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的重要作用，是關(guān)乎國計民生的基礎(chǔ)性裝備。特大型板材熱成型液壓機的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及本體結(jié)構(gòu)設(shè)計與電液控制技術(shù)兩個方面:1）特大型板材熱成型液壓機本體結(jié)構(gòu)尺寸超大，對結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)與制造成本非常敏感;2）電液系統(tǒng)具有多個執(zhí)行器

2、（10個主動工作液壓缸，簡稱主缸），驅(qū)動負載質(zhì)量超大(約1200t)，調(diào)速范圍超寬（約0.5mm/s～80mm/s）;3）本體導向剛度較差（為適應(yīng)熱成型工藝），然而滑塊平行運動精度要求很高（傾斜相對精度小于1/2500）;4）能耗巨大（峰值功率約1500KW），節(jié)能、效率問題突出。綜上，關(guān)于特大型板材熱成型液壓機本體結(jié)構(gòu)與電液系控制統(tǒng)的研究不僅具有學術(shù)價值，而且現(xiàn)實意義和必要性突出。
　　本論文以80MN特大型板材熱成型液壓機為代

3、表性研究對象，充分考慮板材彎曲成型的工藝特點與滑塊運行驅(qū)動系統(tǒng)的動力學特性，圍繞該型液壓機本體結(jié)構(gòu)設(shè)計與電液控制技術(shù)展開了系統(tǒng)與深入的研究，提出了一系列具有針對性的關(guān)鍵技術(shù)，包括:分體式預應(yīng)力組合框架結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法;基于容積控制與節(jié)流控制相結(jié)合的三級液壓復合驅(qū)動控制方法及其基于液壓控制單元匹配的運動-壓力復合控制器;基于任務(wù)坐標的超大臺面滑塊平行控制方法;特大型板材熱成型液壓機電液系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)。以上大部分技術(shù)的實際效果與性能均通過實驗手

4、段得到了驗證，相關(guān)成果已經(jīng)得到了實際應(yīng)用研究。
　　本論文共分為六章，各章摘要如下:
　　第一章，本章闡述了特大型板材熱成型液壓機本體與電液控制技術(shù)的研究背景，總結(jié)歸納了相關(guān)研究中所特有的難題;繼而詳細介紹了研究難題所涉及的關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀;最后，論述了本課題的研究內(nèi)容及研究意義。
　　第二章，介紹了普通板材成型液壓機的結(jié)構(gòu)與受力變形;針對具有超大臺面、超長行程的特大型板材熱成型液壓機的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出了分體式預應(yīng)

5、力組合框架結(jié)構(gòu);論述了分體式預應(yīng)力組合框架的結(jié)構(gòu)特點與實現(xiàn)方式，總結(jié)了其結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計方法;在深入分析分體式預應(yīng)力組合框架各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間耦合關(guān)聯(lián)影響的基礎(chǔ)上，提出了該類型結(jié)構(gòu)的標準設(shè)計流程;展示了設(shè)計結(jié)果，并借助有限元仿真軟件進行了校核驗證與工況分析。
　　第三章，鑒于結(jié)構(gòu)限制、調(diào)平需求與本體受力分布均勻性等因素，確立了主缸單獨調(diào)節(jié)兼作調(diào)平的方案;為了解決超大質(zhì)量負載下的主缸大范圍速度調(diào)節(jié)難題，提出了基于容積控制與節(jié)流控制相結(jié)合的

6、三級復合驅(qū)動控制液壓回路;建立所提主缸電液控制系統(tǒng)動力學模型，進而分別設(shè)計了系統(tǒng)的自適應(yīng)魯棒運動控制器與基于非線性擾動觀測器的壓力控制器;提出了液壓控制單元匹配技術(shù)，從而將三級液壓復合驅(qū)動控制方法與所設(shè)計系統(tǒng)控制器融為一體;提出了基于行程位移切換和控制量絕對值最小原則的運動-壓力復合控制策略，從而實現(xiàn)主缸從運動控制到壓力控制的平穩(wěn)過渡;以1臺1000t液壓機為實驗平臺對本章所提電液控制理論進行了有效性驗證。
　　第四章，針對特大型

7、板材熱成型液壓機滑塊的平行控制問題，提出了滑塊平行運動狀態(tài)的任務(wù)坐標轉(zhuǎn)換方法，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了主缸-滑塊耦合體在任務(wù)坐標系下的標準化動力學狀態(tài)空間矩陣，任務(wù)坐標系內(nèi)的坐標直接反映了滑塊的運動狀態(tài)與平行狀態(tài);提出了基于平行運動期望任務(wù)坐標分解的解耦運動控制和基于任務(wù)坐標變換的耦合運動控制，將這兩種運動控制方法分別在所提運動-壓力復合控制策略框架下與主缸壓力控制相結(jié)合即可設(shè)計對應(yīng)的滑塊平行控制器;以1臺4000t汽車縱梁液壓機為實驗平臺對

8、上述滑塊平行控制器進行了測試，結(jié)果表明:本章所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)滑塊較高精度的平行運動控制，其中基于耦合運動控制的滑塊平行控制器糾偏魯棒性較強，同時控制目標的協(xié)調(diào)性也更為優(yōu)良。
　　第五章，針對本文所構(gòu)建理論體系在工程應(yīng)用中面臨的能耗、效率、安全等多方面實際問題，作為補充和完善重點論述了分級加壓、恒功率控制、滑塊重力無源平衡和同步卸壓等優(yōu)化技術(shù)的原理和實現(xiàn)方法;介紹了本文所提出的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計方法與電液控制技術(shù)在1臺80MN特大型板材熱