液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)設計研究-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 樁及樁工機械1</p><

2、p>　　1.1.1 樁基礎1</p><p>　　1.1.2 樁工機械1</p><p>　　1.2 電液比例控制技術概況2</p><p>　　1.2.1 電液比例控制技術的發(fā)展背景及特點2</p><p>　　1.2.2 電液比例控制系統(tǒng)的分類3</p><p>　　1.2.3 電液比例

3、控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢4</p><p>　　1.3 選題背景及意義5</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)方案探討6</p><p>　　2.1 打樁過程落錘控制要求6</p><p>　　2.1.1 安全性要求6</

4、p><p>　　2.1.2 速度要求7</p><p>　　2.1.3 經(jīng)濟性要求7</p><p>　　2.2 泵控落錘系統(tǒng)方案計算7</p><p>　　2.2.1 泵控落錘系統(tǒng)液壓原理圖7</p><p>　　2.2.2 元件選型列表及驗算9</p><p>　　2.2.3

5、 泵控落錘系統(tǒng)不合理性分析14</p><p>　　2.3 節(jié)流閥在自動落錘控制系統(tǒng)中的應用15</p><p>　　2.3.1 節(jié)流閥工作原理15</p><p>　　2.3.2 節(jié)流閥的結構型式特點與類型15</p><p>　　2.3.3 節(jié)流閥的研究歷史成果16</p><p>　　2.4

6、 本章小結16</p><p>　　第3章 自動落錘控制系統(tǒng)的設計17</p><p>　　3.1 自動落錘控制系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容17</p><p>　　3.2 自動落錘控制系統(tǒng)工作原理及組成17</p><p>　　3.2.1 自動落錘控制系統(tǒng)結構17</p><p>　　3.2.2 電液比例控

7、制系統(tǒng)組成17</p><p>　　3.2.3 自動落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖19</p><p>　　3.3 電液比例節(jié)流閥設計選型19</p><p>　　3.3.1 電液比例節(jié)流閥的可行性分析19</p><p>　　3.3.2 電液比例節(jié)流閥計算選型20</p><p>　　3.3.3 電液比例

8、節(jié)流閥各部件說明21</p><p>　　3.4 定差補償控制器設計選型27</p><p>　　3.4.1 定壓補償控制器型號及說明27</p><p>　　3.4.2 減壓閥剖面圖及功能分析27</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)基本參數(shù)的設定28</p><p>　　3.6 外環(huán)反饋所需元件

9、選型30</p><p>　　3.7 本章小結31</p><p>　　第4章 自動落錘控制系統(tǒng)控制特性分析32</p><p>　　4.1 液壓系統(tǒng)控制特性分析與參數(shù)優(yōu)化32</p><p>　　4.1.1 液壓系統(tǒng)控制特性分析方法32</p><p>　　4.1.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化目標32&

10、lt;/p><p>　　4.1.3 液壓系統(tǒng)優(yōu)化步驟33</p><p>　　4.2 系統(tǒng)建模33</p><p>　　4.2.1 比例放大器建模33</p><p>　　4.2.2 電液比例節(jié)流閥的建模分析34</p><p>　　4.2.3 液壓馬達傳遞函數(shù)建立34</p><p

11、>　　4.2.4 速度傳感器傳遞函數(shù)36</p><p>　　4.2.5 系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)36</p><p>　　4.3 自動落錘控制系統(tǒng)仿真36</p><p>　　4.3.1 仿真軟件簡介36</p><p>　　4.3.2 系統(tǒng)動態(tài)方程參數(shù)的計算與估計38</p><p>　　4.3.

12、3 傳遞函數(shù)的確定40</p><p>　　4.3.4 系統(tǒng)仿真結果分析40</p><p>　　4.4 本章小結43</p><p>　　第5章 經(jīng)濟性分析44</p><p>　　第6章 總結45</p><p><b>　　結 束 語46</b></p>

13、<p><b>　　參考文獻47</b></p><p>　　附錄Ⅰ 電液比例節(jié)流閥技術資料48</p><p>　　附錄Ⅱ 比例減壓閥技術數(shù)據(jù)50</p><p>　　附錄Ⅲ 仿真程序51</p><p>　　附錄Ⅳ 仿真結果53</p><p>　　附錄Ⅴ 英文原

14、文55</p><p>　　附錄Ⅵ 中文譯文66</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液壓打樁機是一種應用廣泛的樁工機械。針對打樁過程中斷樁這一工程實際問題，論文提出了對落錘控制系統(tǒng)的要求。經(jīng)計算，文章得出傳統(tǒng)泵控落錘系統(tǒng)能量消耗很大的結論，需要對落錘控制系統(tǒng)另行設計研究。本文使用了電液比例節(jié)流閥來解決落錘控

15、制的問題。根據(jù)電液比例節(jié)流閥的特點論證了解決問題的可行性；分析了整個系統(tǒng)的工作原理，得出自動落錘控制系統(tǒng)的實質是控制回油管路中的最大流量的結論。電液比例節(jié)流閥的設計研究是自動落錘控制系統(tǒng)的核心部分。通過對流量限制的分析，進行了電液比例節(jié)流閥的選型；根據(jù)Rexroth Bosch公司所提供的技術數(shù)據(jù)，電液比例節(jié)流閥和減壓閥的靜態(tài)特性曲線等，論文對其中某些參數(shù)值進行了設定；對電液比例節(jié)流閥每部分的工作原理作了介紹；根據(jù)電液比例節(jié)流閥的工作原

16、理與動態(tài)微分方程，進行了動態(tài)特性分析和計算機數(shù)字仿真，并對控制系統(tǒng)參數(shù)進行了優(yōu)化。</p><p>　　關鍵詞：液壓打樁機；自動落錘控制系統(tǒng)；電液比例節(jié)流閥；動態(tài)特性分析；計算機仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Hydraulic pile driver is a widely uesd pilin

17、g machinery.To solving the actual project problem of pile broken during pile driving,we make requests to the control of drop-hammer.In this paper, we have caculated the energy consumption of traditional pump-control drop

18、-hammer system is very great,so we need to design and study the drop-hammer control system in other filed.In this paper,we use the electro-hydraulic proportional throttle control to solve the problem of drop-hammer.Accor

19、ding to the char</p><p>　　KEY WORDS：Hydraulic pile driver；Automatical drop-hammer control system；Electro-Hydraulic proportional throttle valve；Dynamic performance analysis；Computer simulation</p><

20、p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 樁及樁工機械</p><p>　　1.1.1 樁基礎</p><p>　　樁基礎是一種古老、傳統(tǒng)的基礎型式，也是一種應用廣泛、發(fā)展迅速、生命力很強的基礎型式。遠在中國的漢代(公元前200年)的橋梁建設者就使用了木樁。在英國，由羅馬人修建的橋梁工程及河濱住宅中有許多木樁

21、的實例。中世紀，在東安格里亞(East Anglia)沼澤地區(qū)修建的大修道院基礎中，用過橡木和赤揚木樁[1]。樁基礎由基樁和聯(lián)接于樁頂?shù)某信_共同組成。它的特點如下：</p><p>　　（1）樁支承于堅硬的（基巖、密實的卵礫石層）或較硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力層，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔高層建筑的全部豎向荷載（包括偏心荷載）。</p><p>　?。?）樁基具有

22、很大的豎向單樁剛度（端承樁）或群剛度（摩擦樁），在自重或相鄰荷載影響下，不產(chǎn)生過大的不均勻沉降，并確保建筑物的傾斜不超過允許范圍。</p><p>　　（3）憑借巨大的單樁側向剛度（大直徑樁）或群樁基礎的側向剛度及其整體抗傾覆能力，抵御由于風和地震引起的水平荷載與力矩荷載，保證高層建筑的抗傾覆穩(wěn)定性。</p><p>　?。?）樁身穿過可液化土層而支承于穩(wěn)定的堅實土層或嵌固于基巖，在地震造

23、成淺部土層液化與震陷的情況下，樁基憑靠深部穩(wěn)固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑的穩(wěn)定，且不產(chǎn)生過大的沉陷與傾斜。常用的樁型主要有預制鋼筋混凝土樁、預應力鋼筋混凝土樁、鉆（沖）孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、鋼管樁等，其適用條件和要求在《建筑樁基技術規(guī)范》中均有規(guī)定。 </p><p>　　1.1.2 樁工機械</p><p>　　圖1-1 樁工機械分類</p>

24、<p>　　樁工機械分類如圖1-1所示。</p><p>　　樁工機械主要用于各種樁基礎、地基改良加固、地下連續(xù)墻及其它特殊地基基礎等工程的施工。其主要特點：一是要面對各種復雜的地質條件，二是伴隨著各種地基施工工法的誕生而發(fā)展。目前各種基礎的施工方法有200余種，因此樁工機械是多品種、多規(guī)格型號、專用性較強、生產(chǎn)批量不大的一種建筑施工機械，主要包括預制樁施工機械和灌注樁施工機械兩大類。</p&g

25、t;<p><b>　　液壓打樁錘發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　液壓錘技術起源于六十年代，1964年荷蘭HBG公司(Hollcuds Betw Group)研究發(fā)展部開始研究液壓錘,1965年試制成功了世界上第一臺液壓錘，1969年制成HBM型液壓錘，從60年代開始，荷蘭IHC公司和HBH HYDROBLOK公司共同研制開發(fā)了液壓錘。1976年，英國BSP公司研制成功1

26、0噸錘重的液壓錘，日本日立建機(株)公司買進英國BSP公司的專利并于1979年試制成功，開始投入實際使用，特別是1983年，液壓錘被建設者的“建設技術評定等級”所確認，因此進一步取得了普及推廣，70年代至80年代德國、前蘇聯(lián)、芬蘭、美國、瑞典等國家也先后制造了各種形式的液壓打樁錘。</p><p>　　目前液壓錘在國外發(fā)達國家被廣泛使用，并已形成系列化。許多公司已經(jīng)開發(fā)了各種形式的液壓錘，典型的產(chǎn)品有：英國的BS

27、P系列、荷蘭IHC公司的SC系列、日本車輛公司的NH系列、日本日立公司的HNC系列、美國HPSI公司的MODEL系列、芬蘭JUNTTAN公司的HHK以及HHKA系列、日本常盤建機公司的TK系列等。國內(nèi)的液壓錘技術相對比較落后，目前還沒有進行大規(guī)模生產(chǎn)和設計的廠家，我國建筑單位使用的液壓錘大多從其它國家進口。國內(nèi)目前只有上海金泰公司等少數(shù)幾家單位和研究部門從日本等國家引進液壓錘技術進行消化吸收并試制生產(chǎn)。由于液壓錘與傳統(tǒng)打樁錘比較具有噪聲

28、小、無污染、無油煙飛散等特點，可以認為是其為一種環(huán)保產(chǎn)品，符合日益提高的環(huán)保要求。同時采用了先進可靠的控制技術使得液壓錘產(chǎn)品具有優(yōu)良的動力學特性和可控制性。</p><p><b>　　液壓打樁錘特點</b></p><p>　　(1)作業(yè)面廣。適用于各類土層和樁型，具有較好的打斜樁能力。如增加一個密封罩，還可用于水下打樁。</p><p>　

29、　(2)打樁效率高。一般比柴油錘和蒸氣錘可提高工效40%-50%。由于沖擊塊質量高于其他樁錘，因而能使樁面獲得較大貫入度。</p><p>　　(3)無公害。不排出任何廢氣，噪聲和振動均小于其他樁錘。</p><p>　　(4)可根據(jù)土質情況及樁的強度隨時調節(jié)沖擊塊的行程，以控制樁錘的沖擊力，使打擊力峰值小，樁頂不易損壞。</p><p>　　(5)樁的打入精度高&

30、lt;/p><p>　　液壓打樁錘的主要缺點是：設備及施工費用高，維修保養(yǎng)成本高，還需設置專用動力源等。</p><p>　　1.2 電液比例控制技術概況</p><p>　　1.2.1 電液比例控制技術的發(fā)展背景及特點</p><p>　　1. 電液比例控制技術的發(fā)展背景</p><p>　　現(xiàn)代電液控制技術的發(fā)展追

31、溯到二次大戰(zhàn)時期。由于軍事需要，對武器和飛機的自動控制系統(tǒng)的研究取得了很大的進步。戰(zhàn)爭后期，噴氣技術取得了突破性進展。由于噴氣式飛行器速度很高，因此對控制系統(tǒng)的快速性、動態(tài)精度和功率一重量比都提出了更高的要求。工程需要是現(xiàn)代電液控制技術發(fā)展的推動力1940年底在飛機上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)，其滑閥由伺服電機拖動，慣量很大，限制系統(tǒng)的動態(tài)特性。50年代初出現(xiàn)了高速響應的永磁式力矩馬達。50年代后期又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為先導級的電液伺服閥

32、，使電液伺服系統(tǒng)成為當時響應最快、控制精度最高的伺服系統(tǒng)。60年代各種結構的伺服閥相繼問世，電液伺服閥技術已日臻成熟。60年代后期由于人們對工藝過程控制提出了更高的要求?，F(xiàn)代電子技術特別是微電子集成技術和計算機技術的發(fā)展，為工程控制系統(tǒng)提供了充分而且廉價的現(xiàn)代電子裝置，各類民用工程對電液控制技術的需求更加迫切和廣泛。傳統(tǒng)的電液伺服閥對流體介質的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維修費用較高，系統(tǒng)能耗也較大，難以為各工業(yè)用戶所接受。而傳統(tǒng)的開

33、關控制又不能滿足高質量控制系統(tǒng)的要求。因此，人們希望開發(fā)出一種可靠、廉價、控制精度和響應特性均能</p><p>　　2. 電液比例控制技術的特點</p><p>　　電液比例控制是指用輸入的電信號來調制液壓參數(shù)，使之連續(xù)成比例的變化。可用于開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中，以實現(xiàn)對各種運動進行快速、穩(wěn)定和精確的控制。比例控制技術是在開關技術和伺服控制技術之間的過渡技術。從控制特性看，更接近伺服控制系統(tǒng)；

34、從抗污染、可靠性和經(jīng)濟性看，更接近開關控制系統(tǒng)。因此它兼有二者的許多優(yōu)點。具有控制原理簡單、控制精度高、抗污染能力強、價格適中等特點，受到人們的普遍重視。它是在普通液壓閥基礎上，用比例電磁鐵取代閥的調節(jié)機構或普通電磁鐵，采用比例放大器控制比例電磁鐵，實現(xiàn)對比例閥連續(xù)控制，從而實現(xiàn)對液壓系統(tǒng)壓力、流量及方向的無級調節(jié)。</p><p>　　它的最主要優(yōu)點體現(xiàn)在以下幾個方面[2]：</p><p&

35、gt;　?。?）可明顯地簡化液壓系統(tǒng)，減少液壓元件的使用，實現(xiàn)復雜程序控制；</p><p>　?。?）利用電信號便于遠距離傳輸，實現(xiàn)自控、程控、遙控；</p><p>　?。?）工作平穩(wěn)，利用反饋可以提高控制精度或實現(xiàn)特定的控制目標;</p><p>　?。?）能按輸入電信號的正負和數(shù)值大小同時實現(xiàn)液流的流量、壓力的比例控制，從而對執(zhí)行器件實現(xiàn)方向、速度和力的連續(xù)

36、控制，并易實現(xiàn)無級調速；</p><p>　　（5）結構簡單，元件少，維護和保養(yǎng)方便；</p><p>　?。?）便于機電一體化的實現(xiàn)；</p><p>　　電液比例控制的主要缺點是：與開關控制相比，其成本較高，技術較復雜；與伺服系統(tǒng)相比，其控制精度低，組成的閉環(huán)系統(tǒng)易產(chǎn)生不穩(wěn)定的狀態(tài)。</p><p>　　1.2.2 電液比例控制系統(tǒng)的分

37、類</p><p>　　電液比例控制技術是一種將微小的電信號按比例轉換為液壓功率輸出的電液轉換技術。是電液控制技術的一項新發(fā)展，是微電子技術與液壓技術的接口。電液比例控制系統(tǒng)的分類見表1-1所示。</p><p>　　表1-1 電液比例控制系統(tǒng)分類</p><p>　　1.2.3 電液比例控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　電液

38、比例控制技術的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國外電液比例技術的研究始于本世紀四十年代，到七十年代投入了廣泛的工業(yè)應用，至今己形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對己成熟的產(chǎn)品。液壓工業(yè)己成了全球性的工業(yè)，國際液壓界一些著名公司如美國的派克漢尼汾公司、德國的博世力士樂公司等居世界領先地位。電液比例控制的理論研究和技術的發(fā)展是液壓工業(yè)領域發(fā)展的大趨勢，是液壓工業(yè)又一個新的技術熱點和增長點。</p>&

39、lt;p>　　對于電液比例控制技術，國內(nèi)外不僅己開展研究而且已經(jīng)達到廣泛的實際應用，但目前國內(nèi)的制造和技術還落后于國際水平。我國電液比例技術到七十年代中期開始發(fā)展，在國內(nèi)的應用、尤其在工程機械上的開發(fā)應用才剛起步?？偟膩砜?，我國電液伺服比例技術與國際水平相比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，各類比例泵、比例閥等，國內(nèi)設計生產(chǎn)的品種少，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗研究;在控制技術方面，自動化程度

40、不高，性能水平較低，質量不穩(wěn)定，可靠性較差等，都有礙于該項技術進一步地擴大應用，急待盡快提高。</p><p>　　電液比例控制技術的發(fā)展趨勢</p><p>　?、?提高控制性能，適應機電液一體化主機的發(fā)展。提高電液比例閥及遠控多路閥的性能使之適應野外工作條件，并發(fā)展低成本比例閥。② 比例技術與二通和三通插裝技術相結合，形成了比例插裝技術，此外出現(xiàn)比例容積控制，為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提

41、供新手段。③ 電子控制器向著專用集成電路方向發(fā)展，實現(xiàn)小型化、組合化，并達到高可靠性目的。④ 電液比例閥向通用化、模塊化、組合化、集成化方向發(fā)展，以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)，降低制造成本，開發(fā)變量泵控制專用電液比例閥，以及閥與泵的結構性能匹配設計。⑤ 電液比例技術的主要基礎元件的相互銜接愈來愈密切，零部件通用化程度不斷提高。</p><p>　　1.3 選題背景及意義</p><p>　　液壓打

42、樁機打樁過程中，液壓錘要隨之下落。這個下落過程如果不加以控制，而恰巧此時樁發(fā)生了斷裂，就會產(chǎn)生極大的危害。</p><p>　　斷樁落錘問題的危害：由于打樁過程中，液壓錘實際上是處于自由落體狀態(tài)，由樁來承接液壓錘周期性的沖擊。所以，在樁斷裂以后，液壓錘就自由落體直接沖向地面。第一，如果打樁機周圍有人，可能會對他們造成傷害；第二，液壓錘從高空落下，對地面產(chǎn)生強大的沖擊力，會對周圍的建筑物造成損壞；第三，由于力的作用

43、是相互的，地面對液壓錘也會產(chǎn)生強大的沖擊力，會對錘體結構造成損害。因此，斷樁落錘問題是對人們的生命財產(chǎn)的重大威脅，必須予以解決。</p><p>　　解決斷樁落錘的傳統(tǒng)方法是液壓泵不停運轉，帶動液壓絞車抵抗液壓錘扭矩，使之緩慢落到地面上。但這種控制方法有一個很大的缺陷，就是泵要一直不停地運轉，所消耗的能量無疑是巨大的，因此，有必要重新對落錘控制系統(tǒng)進行設計研究。</p><p>　　結合電

44、液比例控制技術，我們可以設計新型的自動落錘控制系統(tǒng)。它是以電液比例節(jié)流閥為核心元件，結合壓差補償器——減壓閥，轉速傳感器，比例放大器等元件共同組成的高性能的控制系統(tǒng)。</p><p>　　選題的意義在于，電液比例控制技術在液壓打樁機中得到了新的應用，設計出來了能滿足要求的液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>

45、　　本論文主要圍繞液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)進行了設計和研究，主要內(nèi)容包括：</p><p>　　1. 圍繞ZCY07型液壓打樁機落錘控制要求——從安全性、速度與控制方法等方面對系統(tǒng)提出要求。</p><p>　　2. 對傳統(tǒng)的泵控落錘系統(tǒng)進行技術分析，并指出其不合理之處。</p><p>　　3. 研究設計新型自動落錘控制系統(tǒng)，并對電液比例節(jié)流閥進行設計選型。&l

46、t;/p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)控制特性分析。主要針對電液比例節(jié)流閥的動態(tài)特性列出傳遞函數(shù)方框圖，并進行Simulink仿真。</p><p>　　第2章 液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)方案探討</p><p>　　2.1 打樁過程落錘控制要求</p><p>　　ZCY7/130型液壓打樁機主要技術參數(shù)如下：</p><

47、;p>　　錘體質量 7 t</p><p>　　錘體最大下降高度 1.0 m</p><p>　　最大單次打擊能量 130 KN·m</p><p>　　打擊頻率 36-110 b/min</p

48、><p>　　液壓錘總質量 16.5 t</p><p>　　整機重量 65 t</p><p>　　適應鋼管樁 Ø300-Ø600 mm</p><p>　　2.1.1 安全性要求</p>

49、;<p>　　根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，打樁機在打樁過程中，樁受到的沖擊載荷非常之大，極易產(chǎn)生斷樁后果。而此時錘處于自由落體狀態(tài)，假設錘是在20 m的高度自由落體落下，則落在地面時的速度可以達到：</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p>　　式中 ——重力加速度，??；</p><p>　　——錘自由落體前的

50、高度，取20 m。</p><p>　　在落地地面時，液壓錘的動量：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 ——液壓錘的質量，取16.5 t；</p><p>　　——落到地面時錘的速度，取19.8 m/s。</p><p><b>　　根據(jù)沖量

51、定理：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 ——沖量，；</p><p>　　——地面對液壓錘的反作用力，N；</p><p>　　——液壓錘從接觸地面到靜止所需要的時間，根據(jù)土壤的不同而定，在此，取0.05s；</p><p>　　

52、——液壓錘質量，16.5 t；</p><p>　　——液壓錘落地時的速度，19.8 m/s；</p><p>　　——液壓錘落地時的動量，。</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　這個作用力是非常大的，足以摧毀液壓錘的內(nèi)部結構，會造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。所以自動落錘控制系統(tǒng)起碼要是一

53、個安全的系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2 速度要求</p><p>　　對于速度的要求，大體上有兩層含義：</p><p>　　1.對控制速度的要求，也就是反應速度要快。</p><p>　　樁斷之后，液壓錘落到地面所需的時間為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p

54、><p>　　這就需要反應速度在4s之內(nèi)，而4s時間液壓錘已經(jīng)到了地面，就算是1s時間速度也會過大。最好控制系統(tǒng)速度的反應時間為0s。</p><p>　　2. 液壓錘的運動速度。</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗可知，如果速度控制在1m/s，將不會有危險。</p><p>　　2.1.3 經(jīng)濟性要求</p><p>　　市

55、場經(jīng)濟條件下，競爭日益激烈。因此，需要設計的產(chǎn)品以及所要使用的控制方法必須充分考慮其經(jīng)濟性，在產(chǎn)品符合性能要求的前提下，嚴格控制成本。</p><p>　　2.2 泵控落錘系統(tǒng)方案計算</p><p>　　由液壓絞車控制落錘，液壓泵必須源源不斷的對液壓絞車輸送能量，本節(jié)須計算出液壓錘以一定速度下落時，液壓泵輸出的總流量和電動機消耗的總能量。當液壓錘在所要求的速度范圍（1m/s）以內(nèi)下落時

56、，對液壓絞車進行選型分析。如果液壓錘的運動速度超出了規(guī)定范圍（≥1m/s）時，就必須對液壓絞車加以改造。</p><p>　　2.2.1 泵控落錘系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　1. 液壓系統(tǒng)的設計要求</p><p>　?、?設計任務要求做出液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，在落錘過程中，泵需要一直不停地泵油，以抵抗液壓錘的反向力矩，所需要的力是很大的

57、。</p><p>　　② 在自動落錘控制的液壓系統(tǒng)中，負載實際上就是液壓錘的重量，它是一個靜負載，大小和方向不發(fā)生變化。</p><p>　?、?液壓錘是上下直線運動，它是由絞車通過滑輪組帶動的。因此，工作機構的運動形式是回轉運動，需要液壓馬達來做執(zhí)行機構。</p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。</p><p>　　1.變量

58、泵 2.單向閥 3.手動換向閥 4.梭閥</p><p>　　5.制動器 6.液壓馬達 7.平衡閥 8.溢流閥 9.濾油器</p><p>　　圖2-1 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2．液壓控制系統(tǒng)原理圖分析</p><p>　　① 變量泵-定量馬達式容積調速回路</p><p>　　馬達輸出轉

59、矩T和回路的工作壓力都由負載轉矩決定，不因調速而發(fā)生變化，稱為恒轉矩調速回路。</p><p>　?、?單向閥裝在泵的出口處，防止系統(tǒng)中的液壓沖擊影響泵的工作。</p><p>　?、?溢流閥作為安全閥用。</p><p>　　在變量泵調速系統(tǒng)中，執(zhí)行機構的速度是靠變量泵自身流量變化，從而改變進入油缸的流量來調節(jié)的。這時，并不存在多余的流量需要從溢流閥中流回油箱。這

60、里所裝的溢流閥只起安全保護作用，故稱之為安全閥。作為安全閥使用的溢流閥，其調定壓力是系統(tǒng)所允許達到的最高壓力，即系統(tǒng)不破壞所允許超載的極限壓力，這個壓力比系統(tǒng)正常工作壓力略高。因此，安全閥與溢流閥的工作狀況不同，只有當液壓系統(tǒng)的壓力達到調定的極限壓力值時，安全閥才開始溢流，防止系統(tǒng)壓力過載。在系統(tǒng)正常工作過程中，安全閥始終關閉著。</p><p>　　⑤ 梭閥（交替逆止閥）</p><p>

61、;　　制動器使用梭閥連接在液壓回路中，無論液壓錘起升還是下降，制動器液壓缸通過梭閥均進入壓力油，使制動器打開。</p><p>　?、?平衡閥（溢流閥+單向閥）</p><p>　　平衡閥必須裝在重物下降時的回路上，當重物下降時，平衡閥起限速作用，防止重物超速下降，避免發(fā)生事故；當制動器失靈或液壓管路破裂時，平衡閥又起液壓鎖作用，液壓馬達不會在重物作用下反轉，防止發(fā)生重物突然下降事故。所以

62、平衡閥又稱限速液壓鎖。</p><p><b>　?、?三位四通換向閥</b></p><p><b>　　左位：液壓錘上升</b></p><p>　　右位：落錘控制狀態(tài)或液壓錘下降</p><p><b>　　中位：懸停</b></p><p>　　

63、2.2.2 元件選型列表及驗算</p><p><b>　　1.液壓油</b></p><p>　　ZCY7/130型液壓打樁機要求的最重要的因素是液壓油液的粘度。油液粘度不宜過大，會造成液流的壓力損失和發(fā)熱大，使系統(tǒng)效率下降；粘度太小，泄露增大也影響系統(tǒng)效率。</p><p>　　溫度對液壓油粘度的影響極大，因此使用液壓油必須充分考慮當?shù)氐?/p>

64、氣溫狀況，在湖南地區(qū)使用的液壓油牌號為YB-N68，其主要質量指標如如表2-1所示[3]：</p><p>　　表2-1 YB-N68抗磨液壓油主要質量指標</p><p>　　2.液壓絞車的選型的驗算</p><p>　　本文選用的液壓絞車為：HLYJ4-50-250-20-ZPH，型號中的含義如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2

65、 液壓絞車型號說明</p><p>　　液壓馬達型號為HGM6-800-D480101，型號中的含義如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 液壓馬達型號說明</p><p>　　下面就每一參數(shù)是否滿足要求加以計算：</p><p>　　（1）液壓馬達工作壓力</p><p>　　確定液壓馬達工作壓力需要注意幾個

66、必要準則：</p><p>　　表2-2 系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　根據(jù)國家標準，每個壓力等級有分成更多的標準壓力系列如下：</p><p>　　表2-3 液壓系統(tǒng)及元件的公稱壓力系統(tǒng)（GB/T 2346-1988）</p><p>　　注：1.表中數(shù)據(jù)的單位是Mpa。</p><p>　　2.括號內(nèi)公稱壓力級

67、為非優(yōu)先選用級。</p><p>　　3.公稱壓力超出100 Mpa時，應按GB/T 312-1980《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》中R10數(shù)系選用。</p><p>　　可以暫時確定工作壓力為20 Mpa。</p><p><b>　　（2）鋼絲繩直徑</b></p><p>　　目前對鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法[4]，

68、鋼絲繩直徑不應小于下式計算的最小直徑：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　式中 S——鋼絲繩的最大工作拉力，為35 KN；</p><p>　　c——鋼絲繩選擇系數(shù)，取0.1.</p><p><b>　　（3）拉力計算</b></p><

69、p>　　ZCY7/130型液壓打樁機液壓錘總質量為16.5t，在樁架上部的提錘裝置處設有1個滑輪組，共有兩個動滑輪，5根鋼絲繩提起液壓錘。</p><p>　　因此，液壓錘卷揚機單繩拉力為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中 G——液壓錘總質量，取16.5t；</p><p

70、>　　而該型號絞車最外層拉力由下式計算</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中 D0——卷筒底徑，該絞車為400mm；</p><p>　　d——鋼絲繩直徑，為20mm；</p><p>　　F1——鋼絲繩第1層拉力，為50KN。</p><p>&l

71、t;b>　?。?）液壓錘扭矩</b></p><p><b>　?、?工作扭矩</b></p><p>　　工作扭矩是總扭矩的主要組成部分。可取液壓錘單繩拉力為3.5t。</p><p>　　則傳動裝置的工作扭矩為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p>

72、;<p>　　式中 F——液壓錘單繩拉力，取5t；</p><p>　　g——重力加速度，取9.8 ；</p><p>　　D——卷筒直徑，為400 mm。</p><p><b>　　（）</b></p><p><b>　?、?摩擦扭矩</b></p><

73、p>　　它包括工作機構中的機械摩擦引起的摩擦阻力矩和液壓馬達內(nèi)部裝置引起的摩擦阻力矩兩部分，可分別用傳動效率和液壓馬達的機械效率加以考慮。</p><p>　　可粗略地估計為，取0.15.</p><p><b>　　（N ?m）</b></p><p>　　液壓馬達在工作過程中的總負載扭矩，也就是液壓油使液壓馬達產(chǎn)生的扭矩：</p

74、><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　式中： ——工作扭矩，為6860 N ?m；</p><p>　　——摩擦扭矩，為1029 N ?m；</p><p>　　M1——總負載扭矩。</p><p><b>　　（N ?m）</b></p>

75、<p>　　由于行星減速器傳動比為5，則液壓馬達實際扭矩M為</p><p><b>　?。∟·m）</b></p><p>　?。?）液壓馬達的排量</p><p><b>　　液壓馬達排量為：</b></p><p><b>　?。?-11）</b>

76、</p><p>　　式中： M——液壓馬達總負載扭矩，為1578 N ?m；</p><p>　　——液壓馬達的工作壓力，取20 Mpa；</p><p>　　——馬達的機械效率，取0.8.</p><p><b>　　(ml/r)</b></p><p>　　選用的液壓絞車基本參數(shù)見表2-4

77、.</p><p>　　表2-4 液壓絞車基本參數(shù)</p><p>　　表2-5 絞車中液壓馬達基本參數(shù)</p><p><b>　　2.液壓泵選型驗算</b></p><p>　　本論文選用80PCY14-1B型斜盤式軸向柱塞泵，其性能參數(shù)見表2-6。</p><p>　　表2-6 80PCY1

78、4-1B軸向柱塞泵性能參數(shù)</p><p>　　（1）液壓泵工作壓力</p><p>　　液壓泵的壓力等于系統(tǒng)壓力損失與執(zhí)行元件工作壓力之和，即：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 ——液壓泵的最高供油壓力，Pa；</p><p>　　——液壓馬達的

79、最高工作壓力，Pa；</p><p>　　——系統(tǒng)進油路的總壓力損失，取0.5 Mpa；</p><p><b>　　（Mpa）</b></p><p><b>　?。?）流量</b></p><p>　　流量計算包括液壓馬達的需油量和液壓泵的供油量。在理想情況下，這兩者應當是一樣的，但由于系統(tǒng)中不

80、可避免的泄露損失，因而液壓泵必須供應更多的流量才能滿足液壓馬達的實際需要。在本液壓控制系統(tǒng)中，液壓馬達驅動絞車帶動樁錘上下起落，只有一個執(zhí)行元件，為了保證最大工作速度和考慮到系統(tǒng)的泄漏，液壓泵的流量應大于執(zhí)行元件最大速度時所需的流量。作業(yè)絞車以最高速運轉時，液壓馬達以最大速度運行，作業(yè)絞車液壓系統(tǒng)所需的流量最大。</p><p><b>　?、?液壓馬達轉速</b></p>&

81、lt;p>　　假定液壓錘的最大下落速度為1m/s，并且已知卷筒直徑為D0=400mm，則液壓馬達轉速n為：</p><p><b>　?、?液壓馬達需油量</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中 V——液壓馬達排量，為803 ml/r；</p><

82、p>　　n——馬達轉速，為48 r/min；</p><p>　　——馬達容積效率，取0.8.</p><p><b>　?。↙/min）</b></p><p><b>　?、?液壓泵的供油量</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p>

83、<p>　　式中 ——液壓泵流量，L/min；</p><p>　　K——系統(tǒng)的泄露系數(shù)，取1.1；</p><p>　　——液壓馬達的最大流量，對于工作過程始終用流量閥節(jié)流調速的，尚需系統(tǒng)加上溢流閥的最小溢流量，一般取2～3L/min，L/min。</p><p><b>　?。↙/min）</b></p>

84、<p><b>　　3. 電動機</b></p><p>　?。?）液壓泵的驅動功率可由下式計算</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　式中 ——液壓泵的最大工作壓力，為Pa；</p><p>　　——液壓泵的最大流量，為/s；</p>

85、<p>　　——液壓泵的總效率，取0.85；</p><p><b>　?。↘W）</b></p><p>　?。?）驅動泵的電動機的功率為：</p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　式中 ——電機功率，KW；</p><p>　

86、　——液壓泵驅動功率，為104KW；</p><p>　　——游動系統(tǒng)效率，，η為單滑輪效率，取0.97，Z為有效繩數(shù)，本系統(tǒng)Z=5，計算得=0.913；</p><p>　　——滾筒效率，取0.95；</p><p>　　——變速箱效率，取0.95.</p><p><b>　?。↘W）</b></p>

87、<p>　　本設計選用Y225S-4/B35型電動機，功率為37KW，額定轉速為1470r/min。</p><p>　　2.2.3 泵控落錘系統(tǒng)不合理性分析</p><p>　　由以上的計算分析可知，以功率為37KW的電動機一直運行才能保證對落錘的控制，其間所消耗的能量是很大的；在工作過程中，油液會泄露損耗，必須及時補充同規(guī)格的油液，無疑在另一方面加重了成本；工作時，液壓錘起

88、停比較頻繁，導致該方案的控制性能得不到保證。所以必須另行設計液壓打樁機自動落錘控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3 節(jié)流閥在自動落錘控制系統(tǒng)中的應用</p><p>　　節(jié)流閥作為流量控制閥中最基本的類型，是一種最常用的液壓控制元件。它在液壓系統(tǒng)中的使用極其普遍，液壓系統(tǒng)一般會使用一個節(jié)流閥來控制流量及執(zhí)行機構運動速度?？梢钥紤]節(jié)流閥容易實現(xiàn)速度控制的優(yōu)點，作為核心元件組成全液壓的自動

89、控制系統(tǒng)來實現(xiàn)液壓打樁機自動落錘保護功能。</p><p>　　2.3.1 節(jié)流閥工作原理</p><p>　　節(jié)流閥是依靠改變通流截面積的大小或通流通道的長短來改變液阻，控制通過閥的流量，達到調節(jié)執(zhí)行元件運動速度的目的。</p><p>　　圖2-4 節(jié)流閥結構</p><p>　　節(jié)流閥的工作原理見圖2-4。液流從進油口流入經(jīng)節(jié)流口后，

90、從閥的出油口流出。本閥的閥芯3的錐臺上開有三角形槽。轉動調節(jié)手輪1，閥芯3產(chǎn)生軸向位移，節(jié)流口的開口量即發(fā)生變化。閥芯越上移開口量就越大。因節(jié)流口有一定節(jié)流阻力，故液流經(jīng)過節(jié)流閥時，必然會產(chǎn)生一定的壓力降，以0.2MPa到0.5MPa為宜。</p><p>　　2.3.2 節(jié)流閥的結構型式特點與類型</p><p>　　節(jié)流閥的流量與節(jié)流口的結構形式與通流面的形狀有直接的關系，受到制造工

91、藝的限制，節(jié)流口的結構形式主要有縫隙式、三角槽式、薄壁孔式三類[5]。越接近于薄壁孔其節(jié)流性能越好；節(jié)流口通流面的水力半徑越大通流能力越好。因此，流量閥的節(jié)流孔力爭做成大水力半徑的薄壁孔。</p><p>　　從調節(jié)方式來看，節(jié)流閥可分為手調節(jié)流閥和電調節(jié)流閥，手調節(jié)流閥是節(jié)流閥的基本形式，也是節(jié)流閥誕生時的形式，隨著液壓技術的發(fā)展，其各方面性能都有了很大的提高，結構形式也趨于多樣化發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)疊加式節(jié)流閥等結

92、構；電調節(jié)流閥主要產(chǎn)品是電液比例節(jié)流閥，很多電液比例節(jié)流閥的結構是在手調節(jié)流閥結構的基礎上融入電控比例調節(jié)機構如比例電磁鐵等改造而成的。按功能和用途來分，節(jié)流閥可以分為單向節(jié)流閥、雙向節(jié)流閥、多路節(jié)流閥、調速閥等。</p><p>　　2.3.3 節(jié)流閥的研究歷史成果</p><p>　　國外各大公司，如Cameron公司、EEC司、FMC公司、WOM公司等在解決節(jié)流閥零部件使用可靠性方

93、面取得了重大突破，如Cameron公司將筒形閥板閥座改進為兩塊圓盤轉動孔錯位方式，防止了閥板震動，提高了節(jié)流效果，減少了沖蝕磨損。又如EEC公司嵌裝硬質合金套在結實的閥板上，避免了震斷閥桿等現(xiàn)象。國外在平板閥降低開關力矩方面，閥板浮動密封，防止閥腔帶壓，并采用記憶合金材料，可多次保證密封(EEC公司開關閥板1500次)性能良好，解決了低壓密封技術關鍵。國內(nèi)外對節(jié)流閥的研究和產(chǎn)品開發(fā)都投入了大量的精力。美國的MASCO公司(在中國主要從事

94、鉆井、采油、地面設備及建設等項目)設計了MOV一多孔閥板型節(jié)流閥(Mufti Orifice Valve)。多孔閥板型節(jié)流閥是三種基本型節(jié)流閥中可靠性最高，性能最好的一種(相對于控制式節(jié)流閥及閥桿閥座式節(jié)流閥)。MOV產(chǎn)品采用范圍廣泛，尺寸從１"到6"，其制造標準滿足API， ANSI和NACE的要求。MOV產(chǎn)品近乎于線性的流體特性，使它非常適用于生產(chǎn)作業(yè)[6]。</p><p>　　本論文充

95、分利用節(jié)流閥控制流量，控制速度的特點，應用于自動落錘保護系統(tǒng)，實現(xiàn)其限速的目的。</p><p><b>　　2.4 本章小結</b></p><p>　　本章以ZCY07型液壓打樁機的主要技術參數(shù)為基礎，分析了自動落錘控制系統(tǒng)的基本要求。并在普通絞車液壓原理圖的基礎上，驗算了泵控落錘系統(tǒng)的參數(shù)及元件選型合理性，并指出了泵控落錘系統(tǒng)能量消耗大的缺陷。</p&g

96、t;<p>　　所以必須對液壓絞車的結構加以改進，本論文采用的是在液壓馬達回油路上加節(jié)流閥的方法，達到限制通流量，進而限速的目的。</p><p>　　第3章 自動落錘控制系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 自動落錘控制系統(tǒng)設計的主要內(nèi)容</p><p>　　從前一章我們可以得知，在落錘過程中，由液壓泵來控制液壓絞車的轉動速度，繼而控制液壓錘的

97、運動，所消耗的能量、功率是很大的。解決問題有兩個方法：其一是任其自由下放；其二是可以通過流量控制閥對流量加以控制，進而控制液壓錘運行速度。第一種方法在遇到樁斷的情況下，速度就會沒有限制，越來越大，最后會造成重大危害。因此，我們必須對液壓絞車加以改造，并對節(jié)流閥進行設計。</p><p>　　3.2 自動落錘控制系統(tǒng)工作原理及組成</p><p>　　3.2.1 自動落錘控制系統(tǒng)結構&l

98、t;/p><p>　　本論文采用的是電液比例控制技術，首先需要對其進行說明。圖3-1為采用電液比例控制技術的自動落錘控制系統(tǒng)結構原理圖[7]。</p><p>　　圖3-1 自動落錘控制系統(tǒng)結構原理圖</p><p>　　上圖中，輸入的速度指令由電壓給出。比較器用來測量輸入和輸出速度間的速度偏差。輸出速度由反饋轉速傳感器測得，再反饋至主信道。系統(tǒng)輸入電壓指令與輸出速度反

99、饋電壓之間的速度偏差電壓通過比例放大器放大，經(jīng)電液比例節(jié)流閥轉換并輸出液壓能，帶動液壓馬達旋轉，從而驅動負載向著消除速度偏差的方向偏轉。當轉速傳感器的速度信號與輸入指令一致時，始終按輸入電壓指令給定的規(guī)律變化。</p><p>　　3.2.2 電液比例控制系統(tǒng)組成</p><p>　　電液比例控制系統(tǒng)，盡管其結構各異，功能也不相同，但都可歸納為由功能相同的基本單元組成的系統(tǒng)，如圖3-2所

100、示。圖中虛線所示為可能實現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，包含外了外反饋回路控制系統(tǒng)的才稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，不包含外反饋的稱為開環(huán)系統(tǒng)。如果存在比例閥本身的內(nèi)反饋，也可以構成實際的小閉環(huán)控制。但一般這不稱為閉環(huán)系統(tǒng)[8]。</p><p>　　圖3-2 電液比例控制系統(tǒng)</p><p>　　組成電液比例控制系統(tǒng)的基本元件有:</p><p><b>　　1.指令元件<

101、/b></p><p>　　它是給定控制信號的產(chǎn)生與輸入的元件。也可稱為編程器或輸入電路。在有反饋信號存在的情況下，它給出與反饋信號有相同形式和量級的控制信號。它也可以是信號發(fā)生裝置或程序控制器。指令信號可以手動設定或程序設定。最常見的是手動預置設定，運行時用程序選通。</p><p><b>　　2.比較元件</b></p><p>　

102、　它的功用是把給定輸入與反饋信號進行比較，得出偏差信號作為電控器的輸入。進行比較的信號必須是同類型的，比例電控器的輸入量為電量，因此反饋量也應轉換成同類型的電量。如遇到不同類型的量作比較，在比較前要進行信號類型轉換，例如A/D或D/A轉換?；驒C一電轉換等。</p><p><b>　　3.電控器</b></p><p>　　電控器通常稱作比例放大器。由于含在比例閥內(nèi)的

103、電磁鐵需要的控制電流較大(0-800mA)而偏差控制電流較小，不足以推動電磁鐵工作。所以要對控制信號進行功率放大，且偏差信號的類型或形狀都不一定能滿足高性能控制的要求。電控器的作用是對輸入的信號進行加工、整形和放大，使達到電一機械轉換裝置的控制要求。</p><p><b>　　4.比例閥</b></p><p>　　比例閥內(nèi)部又可分為兩大部分，即電一機械轉換器及液壓

104、放大元件，還可能帶有閥內(nèi)的檢測反饋元件。電一機械轉換器，它是電液接口元件。它把經(jīng)過放大后的電信號轉換成與其電量成比例的力或位移。這個輸出力或位移改變了液壓放大級的控制液阻，經(jīng)液壓放大作用，把不大的電氣控制信號放大到足以驅動系統(tǒng)負載。這是整個系統(tǒng)的功率放大部分。</p><p><b>　　5.液壓執(zhí)行元件</b></p><p>　　通常指液壓缸或液壓馬達，它是系統(tǒng)的

105、輸出裝置，用于驅動負載。</p><p><b>　　6.檢測反饋元件</b></p><p>　　對于閉環(huán)控制需要加入檢測反饋元件。它檢測被控量或中間變量的實際值得出系統(tǒng)的反饋信號。檢測元件有位移傳感器、測速發(fā)電機等。檢測元件往往又是信號轉換器(例如機一電、機一液轉換)，用于滿足比較的要求。從框圖中可見，檢測元件有內(nèi)環(huán)和外環(huán)之分。內(nèi)環(huán)檢測元件通常包含在比例閥內(nèi)，用于

106、改善比例閥的動、靜態(tài)特性。外環(huán)檢測元件直接檢測輸出量，用于提高整個系統(tǒng)的性能和控制精度。</p><p>　　3.2.3 自動落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　圖3-3 自動落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　與普通液壓絞車相比，系統(tǒng)的液壓原理圖（如圖3-3所示）在液壓絞車的回油路上加了一電液比例節(jié)流閥和減壓閥，其具體設計步驟如見下節(jié)。</

107、p><p>　　3.3 電液比例節(jié)流閥設計選型</p><p>　　3.3.1 電液比例節(jié)流閥的可行性分析</p><p>　　普通流量控制閥，其壓力和流量都是手動調節(jié)的，在實際工作過程中，如需要進行調節(jié)時，感到相當不便。隨著自動化的發(fā)展，近十幾年來發(fā)展一種新型的液壓控制閥——比例控制閥。它是一種按輸入的電氣信號連續(xù)地、按比例地對油液的流量進行遠距離控制的閥。與手動

108、調節(jié)的普通節(jié)流閥相比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平。與電液伺服閥相比，它雖在某些性能方面遜色些，但它的結構簡單，成本低，所以它被廣泛應用于要求對液壓參數(shù)進行連續(xù)遠距控制或程序控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。</p><p>　　60年代后期，各類民用工程對電液控制技術的需求，顯得更加迫切與廣泛。但是，由于傳統(tǒng)的電液伺服閥對流體介質清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護費用比較高昂，系統(tǒng)能耗也比較大，

109、難以為各工業(yè)用戶所接受，而傳統(tǒng)的電液開關控制又不能滿足高質量控制系統(tǒng)要求。電液比例控制技術，正是適應開發(fā)一種可靠、價廉、控制精度和響應特性均能滿足工程技術實際需要的電液控制技術的要求，從60年代末迅速發(fā)展起來的。比例由表 可知，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，除比例元件具有中位死區(qū)之外，在滯環(huán)、重復精度等主要穩(wěn)態(tài)特性上已與伺服閥相當，而工作頻寬又具有足以滿足大部分工業(yè)系統(tǒng)控制要求的相當水平;在對介質過濾精度要求、閥內(nèi)損失和價格方面，又接近與開關閥。因

110、此，電液比例元件贏得了比電液伺服元件更為廣闊的應用領域。</p><p>　　表3-1 伺服、比例、開關元件性能對照</p><p>　　電液比例控制技術的穩(wěn)態(tài)性能如滯環(huán)、重復精度、分辨率、非直線性等，與一般工業(yè)用電液伺服閥幾乎相當，而動態(tài)控制性能雖比電液伺服閥低，但比開關控制技術要好得多，并且可滿足相當多工業(yè)設備控制系統(tǒng)的動態(tài)要求。同時對油液的過濾精度要求不像伺服閥那樣苛刻，價格上也更具

111、優(yōu)勢。</p><p>　　若將圖中的調節(jié)手把改成比例電磁鐵，普通節(jié)流閥就可以變成電液比例節(jié)流閥，比例電磁鐵通過推桿直接驅動閥芯作軸向移動，閥芯采用彈簧支撐及液壓力平衡的結構，改變節(jié)流口通流通流截面積調節(jié)流量。因此，采用電液比例節(jié)流閥來實現(xiàn)對自動落錘系統(tǒng)的控制是完全可行的，當然其穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性將在下一章中進行分析、仿真及研究。</p><p>　　3.3.2 電液比例節(jié)流閥計算選型<

112、;/p><p>　　1.電液比例節(jié)流閥的通過流量計算</p><p>　　電液比例節(jié)流閥的選型通常由系統(tǒng)中的最大流量決定。假設液壓錘以1m/s下落，第二章中已經(jīng)計算液壓馬達轉速n=48r/min，馬達排量為V=803ml/r，可知在自動落錘過程中，液壓馬達可看作液壓泵，其流量為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

113、<p>　　考慮到公司產(chǎn)品型號限制和馬達可能超速等因素，所選節(jié)流閥流量應大于這一數(shù)據(jù)。</p><p>　　2. 電液比例節(jié)流閥選型及說明</p><p>　　本系統(tǒng)中，選用Bosch Rexroth公司的FESE16CA—2X100LK0B1M型電液比例節(jié)流閥[9]。型號說明如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 電液比例節(jié)流閥型號說明<

114、/p><p>　　3.3.3 電液比例節(jié)流閥各部件說明</p><p>　　1.電——機械轉換器（E-M轉換器）</p><p>　　所謂電一機械轉換元件是指：把經(jīng)過放大后的輸入電流信號成比例地轉換成機械量的裝置。其輸入是比例放大器的輸出電流信號(或電壓信號)，輸出為機械力、力矩或位移信號，并以此去操作液壓閥的閥芯運動，進而實現(xiàn)電液比例控制功能。作為電液放大器的前置級

115、，它的性能對整個元件的特性有十分重要的影響。它影響穩(wěn)態(tài)控制精度、動態(tài)響應性能、抗干擾能力、工作可靠性。</p><p>　　常用的有六種電——機械轉換器：</p><p>　　即直流和交流伺服閥；步進電機；動圈式力馬達；動鐵式力馬達；力矩馬達；比例電磁鐵。表3-2為各種電——機械轉換器對比表：</p><p>　　表3-2 電——機械轉換器對比表</p>

116、<p>　　本論文的電——機械轉換器選用的是比例電磁鐵，其作用是將電信號轉變?yōu)闄C械位移或力輸出，再通過機械聯(lián)接控制比例閥。輸出機械力較大，控制電流較大，結構簡單，對油質要求不高，維護方便，成本低廉，電液比例控制技術對比例電磁鐵的要求主要有:</p><p>　　（1）水平的位移一力特性:即在比例電磁鐵有效工作行程內(nèi)，當線圈電流一定時，其輸出力保持恒定。</p><p>　?。?/p>

117、2）穩(wěn)態(tài)電流一力特性:即有良好的線性度，較小的死區(qū)和滯回。</p><p>　?。?）階躍響應快，頻響高。</p><p>　　圖3-5所示為耐高壓直流比例電磁鐵的特性。通常的比例電磁鐵當線圈電流給定時，在工作行程范圍II內(nèi)具有水平的位移力特性，但在氣隙接近于零的區(qū)域輸出力急劇上升，稱為吸合區(qū)I，一般采用非導磁材料的限位墊片將其排除。當氣隙過大時，輸出力明顯下降，稱為比例電磁鐵的空行程區(qū)。