高速大流量電液配流系統(tǒng)設(shè)計理論及應(yīng)用研究.pdf

1、電液配流系統(tǒng)由于具有體積小、功率密度大、結(jié)構(gòu)簡單靈活、工作穩(wěn)定可靠等特點，因此廣泛應(yīng)用在化工流體機械、發(fā)動機氣門、數(shù)字配流泵/馬達、液壓沖擊機械等需要流體輸送控制的工業(yè)領(lǐng)域。流體輸送機械作為工業(yè)生產(chǎn)流程的“心臟”，其配流系統(tǒng)的性能很大程度上影響著主機和工藝的穩(wěn)定性和能耗，同時，隨著工業(yè)自動化水平的提高，對流體機械的工作效率、噪聲及工作壽命的要求也越來越高，開展電液配流系統(tǒng)設(shè)計研究是十分重要和迫切的，如何設(shè)計高性能、高效率的配流系統(tǒng)從而提

2、升主機的性能也成為了行內(nèi)研究的熱點課題。目前，國內(nèi)的相關(guān)研究開展較晚，成熟的電液配流系統(tǒng)大多從國外進口，價格十分昂貴，而基礎(chǔ)的零部件及相關(guān)機加工技術(shù)對我國實行技術(shù)封鎖，進行二次產(chǎn)品開發(fā)較為困難。因此，開展電液配流系統(tǒng)的設(shè)計理論研究，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電液配流產(chǎn)品，將有助于大幅提升我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)水平，更好地滿足國內(nèi)日益增長的市場需求。
　　本文的研究對象為高速大流量電液配流系統(tǒng)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)學(xué)計算、建模仿真和試驗驗證相

3、結(jié)合的方法，深入詳細研究了電液配流系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。通過建立電液執(zhí)行器數(shù)學(xué)模型，分析了影響電液執(zhí)行器動作延遲特性的因素，提出高響應(yīng)電液執(zhí)行器的設(shè)計原則?；谔岣唠娨簣?zhí)行器驅(qū)動流量的基本思路，提出雙高速開關(guān)閥并聯(lián)式和先導(dǎo)式的新型執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，并通過參數(shù)優(yōu)化研究，將先導(dǎo)式電液執(zhí)行器的開啟和關(guān)閉延遲時間控制在20ms以內(nèi)。通過對電液配流過程負載運動特性的分析，提出一種雙向高速液壓緩沖的新型結(jié)構(gòu)，理論計算及試驗表明在該液壓緩沖作用下的負載沖擊速度大

4、大降低，配流系統(tǒng)的工作可靠性得到大幅提高。為實現(xiàn)電液配流系統(tǒng)研究的工業(yè)化應(yīng)用，將新型電液配流系統(tǒng)應(yīng)用在往復(fù)式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)裝置中，研究了動態(tài)氣體力作用過程下的電液配流系統(tǒng)動態(tài)特性，開發(fā)了壓縮機電液配流系統(tǒng)樣機，現(xiàn)場應(yīng)用表明電液配流壓縮機成功實現(xiàn)了排氣量的無級調(diào)節(jié)，氣量調(diào)節(jié)過程平穩(wěn)無沖擊，壓縮機排氣壓力波動小于0.2bar。
　　現(xiàn)將各章內(nèi)容分述如下:
　　第一章，簡單介紹了配流系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、工程背景及研究價值;詳細闡述

5、了高速大流量電液配流系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)技術(shù)中的應(yīng)用背景及技術(shù)現(xiàn)狀，對比總結(jié)了常見的電液配流系統(tǒng)技術(shù)方案并重點指出了高速開關(guān)配流方案的特點;分析了高速電液執(zhí)行器、高速開關(guān)閥、高速液壓緩沖等高速大流量電液配流關(guān)鍵技術(shù)的研究進展，本章最后總結(jié)了課題的研究意義及主要研究內(nèi)容。
　　第二章，根據(jù)電液配流系統(tǒng)應(yīng)用工況提出高速電液執(zhí)行器的性能指標，介紹了電液執(zhí)行器的常見結(jié)構(gòu)及工作原理，基于高速開關(guān)閥控液壓缸的物理模型搭建了電液執(zhí)行器

6、的基本數(shù)學(xué)模型，仿真分析了主要設(shè)計參數(shù)對電液執(zhí)行器動作延遲特性的影響?；诶碚摲治鼋Y(jié)果提出兩種不同結(jié)構(gòu)的新型高速電液執(zhí)行器，分別建立雙高速開關(guān)閥并聯(lián)式和先導(dǎo)式電液執(zhí)行器的理論分析模型，對比研究兩種不同類型電液執(zhí)行器的動態(tài)特性。最后，基于電液執(zhí)行器結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析結(jié)果，提出高速電液執(zhí)行器的優(yōu)化設(shè)計理論。
　　第三章，分析高速電液配流系統(tǒng)的工作特性，并提出液壓緩沖的性能參數(shù)要求。根據(jù)高速、短行程的負載特性提出高速液壓緩沖的結(jié)構(gòu)方案，詳細

7、闡述了其工作原理，并通過數(shù)學(xué)計算確定了高速液壓緩沖的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過建立雙向緩沖的數(shù)學(xué)模型，深入開展了氣閥開啟和關(guān)閉過程中的動態(tài)緩沖特性研究。本章最后總結(jié)了雙向液壓緩沖的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　第四章，闡述了高速大流量電液配流系統(tǒng)的工作原理，介紹了高速大流量電液配流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，其次根據(jù)系統(tǒng)物理模型，推導(dǎo)考慮動態(tài)力作用下的電液配流系統(tǒng)氣閥運動規(guī)律數(shù)學(xué)模型，并在AMESim與Matlab平臺下搭建了電液配流系統(tǒng)聯(lián)合仿真模型，基于仿真

8、模型對電液配流系統(tǒng)的參數(shù)可控性、閥片運動規(guī)律與系統(tǒng)動態(tài)特性進行仿真研究，評估關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響，從而為電液配流系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。最后，搭建動態(tài)性能測試系統(tǒng)對電液配流系統(tǒng)性能參數(shù)進行測試，驗證仿真模型的正確性并為進一步完善電液配流系統(tǒng)設(shè)計理論提供實驗數(shù)據(jù)支持。
　　第五章，介紹了高速大流量電液配流系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)技術(shù)中的應(yīng)用情況，闡述了往復(fù)式壓縮機氣量無級調(diào)節(jié)裝置的組成，指明了氣量調(diào)節(jié)壓縮機的性能參