《液压控制系统》课程设计自动压砖机喂料车液压控制系统设计.doc

液压控制系统设计任务书一、液压控制系统设计的目的1、巩固和深化已学的理论知识，掌握液压控制系统设计计算的一般方法和步骤。2、熟悉并会用有关国家标准、部颁标准、设计手册和产品样本等技术资料二、题目及要求 自动压砖机喂料车液压控制系统设计设计原始数据如下表所示。数 参 据数数 据IIIIIIIVV车料总重量（kN）120160250220200快进速度（mm/s）12610814工进速度（mm/s）63547快退速度（mm/s）2412201628慢退速度（mm/s）148121016系统频宽f0.7（Hz）32.521.51速度精度（mm/s）1.60.81.212试完成以下工作：1、全面了解被控对象，进行工况分析。2、确定控制方案，拟定液压系统原理图。3、系统计算，选择液压控制系统各元件。4、系统建模仿真，控制器设计5、编写液压控制系统设计说明书。自动压砖机喂料车系统示意图如下： 211-上料车 2-传感器第一章 绪论1.1微机控制系统的发展概况1.1.1电液比例控制技术概述 微电子技术的发展使微机、超大规模集成电路和传感器技术有突破性进展，全世界已进入以机电液一体化为核心的设备革命阶段，上程机械实现机电液一体化是其发展的必然趋势。近年来上程机械的发展主要是操纵和控制机构的改进。要解决控制问题，只从机械和液压角度来考虑很难使产品有质的飞跃，必须引入具有良好控制性能和信息处理能力的电子技术或电液转换技术。 因此，计算机技术和控制理论对液压控制技术的发展显得日益重要，现代液压控制技术从第二次世界大战以后得到迅速发展。到60年代后期，各类民用工程对电液控制技术的需求，显得更加迫切与广泛。但是，由于传统的电液伺服阀对流体介质清洁度要求十分苛刻，制造成本和维护费用比较高昂，系统能耗也比较大，难以被各工业用户所接受;而传统的液压开关量控制又不能满足高质量控制系统的要求，工程技术实际迫切需要开发一种可靠、价廉、控制精度和响应特性好的控制形式。电液比例控制技术正是为了适应这一要求，从60年代末迅速发展起来的。电液比例控制技术是电液控制技术的一项新发展，是连接现代微电子技术和大功率工程控制设备之间的桥梁，已成为机电一体化技术的重要内容和现代控制工程的基本技术构成之一。德国博世公司开发的农业拖拉机液压提升器电子控制系统，引入了比例阀、可编程控制器和数据总线技术，使其电控系统功能更加完善，成本显著降低，迅速占领了欧美各种拖拉机的应用市场。 比例技术的发展大致可以划分为三个阶段: 从1967年瑞士Beringer:公司生产KL比例复合阀起，到70年代初日本油研公司申请了压力和流量比例阀二项专利为止，标志着比例技术的诞生时期。这一阶段的比例阀仅仅是将比例型的电一机械转换器，如比例电磁铁代替传统液压阀的开关电磁铁或手调螺杆机构而已。阀的结构原理和设计准则儿乎没有变化，大多数不含内反馈闭环。其工作频宽也仅在15SHz之间，稳态滞环在4%7%之间。多用于开环控制，这个时期的阀可以称之为早期比例阀。从1975年到1980年间可以认为比例技术的发展进入了第二阶段。采用各种内反馈原理的比例器件大量问世耐高压比例电磁铁和比例放大器在技术上也日趋成熟，比例器件的工作频率已达515Hz，稳态滞环减小到3%左右。可用于开环,闭环控制,应用领域不断扩大。 80年代，比例技术进入了发展的第三阶段。比例器件设计原理进一步完善，采用压力、流量、位移内反馈和动压反馈及电校正等手段，使阀的稳态精度、动态响应和稳定性都有了进一步的提高。除了因制造成本所限，比例阀在中位保留死区以外，它的稳态和动态性均已和工业伺服阀没多大区别。另一项重大进展是，比例技术开始和插装阀控制技术相结合，开发出各种不同功能和规格的二通、三通型比例插装阀，形成了80年代的电液比例插装技术的新特征。同时，由于传感器和电子技术的发展还出现了电液一体化的比例器件。电液比例技术逐步形成了80年代的集成化趋势。第三个值得指出的进展是电液比例容积器件，各类比例泵比例控制马达相继出现，为大功效工程控制系统的节能提供了技术基础。 进入90年代以后，国外的比例阀（电反馈）的工作频宽大多在10 Hz以上。如德国REXROTH公司生产的力士乐4WRE10型/10系列电液比例方向流量阀，对不同的电信号可输出不同的流量。1.1.2电液比例控制系统特点 所谓电液比例控制系统是指在应用流体传动与控制的工程系统中，凡是系统的输出量，如：压力、流量、位移、速度、加速度、力、力矩等，能由输入控制信号连续成比例的控制。都可称为电液比例控制系统。在电液比例控制系统中，主控元件可以有无限种状态，分别对应于受控对象的无限种运动。电液比例控制系统的关键元件一电液比例阀，它与电液伺服阀相比较，价格便宜、功率损失小、抗污染能力强；在控制特性上，除控制精度及响应快速性方面不如伺服阀外，其他方面的性能和控制水平与伺服阀相当。其静、动态特性足以满足大多数工业的应用要求。与传统的液压控制阀比较，虽然价格较贵，但较高的频宽、良好的控制精度和较快的响应指标能得到补偿。因此，在控制较复杂，特别是要求有高质量控制水平的地方，传统液压阀逐渐被比例阀代替。 电液比例控制系统式电子一液压一机械（E-H-M）放大转换系统。从控制特性看，更接近于伺服控制系统；从经济性和可靠性看，更接近于开关控制系统。其特点为： （1）能实现快速平稳的开环控制，特别是大惯量控制，如液压电梯；也能实现精确的闭环控制，获得精密的工件或完成精细的工作要求，如气轮机进气阀位置比例控制；还可以实现高精度的同步控制，其控制精度可达0.02mm。 （2）兼备了电气和电子技术的快速性、灵活性和液压技术功率大的双重优点控制性能好，传动能力大。 （3）可明显地简化液压系统，实现复杂程序控制，降低费用，改善控制过程品质，提高可靠性，缩短工作循环时间。对一些较复杂的工作循环，要求在工作过程中不断改变压力或速度，采用电液比例控制技术不仅能大大简化系统结构，而且可提高系统性能。 （4）比例放大器中有斜坡信号发生器，以设定的阶跃作为输入信号，使斜坡信号发生器产生一个缓慢上升的或下降的输出信号，输出信号的变化速率通过电位调节器调节，以实现被控系统工作压力、速度、加速度等的无冲击缓冲过渡，避免大的振动和冲击。对位置系统来说可以准确定位。 （5）能实现按比例地控制液流的方向、流量的压力，还可以连续成比例地实现流量、压力与方向三者之间的多种复合控制功能。 （6）可以改善主机的设计柔性，实现多通道并行控制。例如：工程机械中的多路阀通常必须集中设置，而不得不使执行元件的连接管路延长，增加了系统的复杂性和管路损失，对系统的动态特性不利。采用电液比例控制阀代替多路阀，则可将阀布置在最合适的位置，客服上述缺点。 （7）便于计算机控制，便于建立故障诊断专家系统，容易实现系统智能化。同时，电液比例控制系统也存在一些缺点： 1）与开关控制相比，其技术实现较复杂；与伺服系统相比，其控制精度低，响应速度慢。 2）电液比例闭环控制系统易出现不稳定状态。 3）死区范围较大。1.1.3电液比例位置控制系统 电液比例位置控制系统应用十分广泛，其控制量是位移和转角。工程实际应用中，位置和转角控制装置通常由带位置反馈的节流阀、比例方向阀等组成。另外，同步控制实质上属于一种特殊的位置控制。电液比例位置控制系统的构成可以简化如图1.1所示。 电液比例位置控制系统一般由液压动力源、控制机构、控制对象和位置控制器组成。控制机构由电液比例阀、液压缸（液压马达）和负载三部分组成。位置控制器由计算机或单片机、信息整形、位移反馈、校正装置和抗干扰回路五部分组成。其中，位移反馈由位移传感器组成。计算机或单片机中存储有给定位移曲线，通过函数发生器发生指令；信息整形用于提高系统的静、动态特性。校正装置用于提高系统的静、动态品质。抗干扰回路用来消除未来干扰。图1.1电液比例位置控制系统构成 电液比例位置控制系统可分为定位控制、跟踪控制和保持控制三类。定位控制是使执行元件定位于预定位置的控制，其目标位置恒定。跟踪控制是使执行元件在某一时刻定位于特定的位置上的控制，其目标是随着输入指令信号连续变化的。位置保持控制是把执行元件移到所需要的位置后将其固定在该位置的控制类型。电液比例位置控制系统的动态指标与伺服系统相似，即稳定速度、位置误差系数、响应时间或穿越频率等。1.2国内外压砖机技术现状及发展趋势 由于液压压砖机的液压系统和整机结构方面已经比较成熟，国内外液压压砖机机的发展主要体现在控制系统方面。微电子技术的飞速发展，为改进液压压砖机的性能、提高稳定性、加工效率等方面提供了可能。相比来讲，国内机型虽种类齐全，但技术含量较低，缺乏技术含量高的高档机型，这与机电液一体化，中小批量柔性生产的发展趋势不相适应。在国内外液压压砖机产品中，按照控制系统，液压压砖机可分为三种类型：一种是以继电器为主控元件的传统型液压压砖机；一种是采用可编程器控制的液压压砖机；第三种是应用高级微处理器（或工业控制计算机）的高性能液压压砖机。三种类型功能各有差异，应用范围也不尽相同。但总的发展趋势是高速化、智能化。 （1）继电器控制方式是延续了几十年的传统控制方式，其电路机构简单，技术要求不高，成本较低，相应控制功能简单，适应性不强。其适用于单机工作、加工产品精度不高的大批量生产（如餐具、厨具产品等），其它可组成简单的生产线，但由于电路的限制，稳定性、柔性差。现在，国内许多液压压砖机厂家是以这种机型为主，使用对象多为小型加工厂，或加工精度要求不高的民用产品。国外众多厂家只是保留了对这种机型的生产能力，而主要面向以下两种技术含量高的机型组织生产。 （2）可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术溶为一体的新型工业自动控制装置。目前已被广泛的应用于各种生产机械以及自动化生产过程中。随着技术的不断发展，可编程控制器的功能更加丰富。早期的可编程控制器在功能上只能进行简单的逻辑控制。后来一些厂家开始采用微电子处理器作为可编程控制器的的中央处理单元（CPU），从而扩大可控制器的功能，使其不仅可以进行逻辑控制，而且还可以对模拟量进行控制。因此，可编程控制器控制方式是介于继电器方式和工业控制机控制方式之间的一种控制方式。可编程控制器有较高的稳定性和灵活性，但在功能方面与工业控制机相比有一定的差异。现在，国内有些厂家采用可编程控制方式，如天津锻压机械厂有近60%的产品装有PLC。通过采用PLC控制，使系统的控制性能和可靠性大大提高。国外厂家如丹麦的STENHQ公司采用了SLEMENS的可编程控制器，实现对压力和位移的控制。 （3）工业控制机控制方式是在计算机控制技术成熟发展的基础上采用的一种高技术含量的控制方式。这种控制方式以工业控制机或单片/单板机作为主控单元，通过外围接口器件（如A/D，D/A板等）或直接应用数字阀实现对液压系统的控制，同时利用各种传感器组成闭环回路式的控制系统，达到精确控制的目的。这种控制方式的主要特点如下： 1、具有友好的人机交互性，操作简单。如BROWN BOGGS公司的产品，可通过数字面板显示输入压力、快进和回程速度、压制速度及保压/停机时间参数，极大减轻了劳动强度。 2、控制精度高。数字控制的行程长度及工作与传统的机械式的行程开关控制相比，精度有极大的提高。一般控制精度可达到0.05mm。 3、易于实现高速化，提高生产效率。如美国的FERRA公司通过采用电子微处理控制方式，工作循环比以前快60%。 4、可顺利实现对工作参数（压力、速度、行程等）的单独调整。通过对控制参数的单独控制，调整被加工材料的流动，能进行复杂工件、不对称工件的加工。 5、预存工作模式，可对不同工件的工艺流程、工艺参数预先存储和重复调用，缩短调整时间。这与柔性加工要求适应。 6、对高速下的换向冲击可利用软件来消除，以降低噪声，提高系统的稳定性。 7、在安全方面，可利用软件进行故障预诊断，并自动修复故障和显示错误。如STENHQF的机型和BROWN BOCCS公司都有此项功能。 8、易实现生产线的集成控制，组成柔性生产线及与上位机进行通讯和实现调度控制。现在，国外众多液压压砖机生产厂家生产这种高性能的工业控制机控制方式的液压压砖机产品，如美国MULTI-PRESS，丹麦STENHQJ及加拿大的BROWN BOGGS等公司。正是因为采用这种先进的控制方式，使整机的控制性能，生产效率都有很大的提高。而与国外发展情况相比，国内极少有采用工业控制机控制方式的产品，成熟的产品是采用可编程序控制器（PLC）的控制方式。液压压砖机发转趋势： （1）高速化、高效化、低能耗。提高液压压砖机的工作效率，降低生产成本。 （2）机电液一体化。充分利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 （3）自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压压砖机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。 （4）液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄露和污染。标准化的元件为机器的维修带来了方便。1.3本设计研究的目的和意义 从国内液压压砖机发展现状来看，目前国内采用工业控制机控制方式的液压压砖机还不是太多。因此，本论文基于工业控制机和电液比例技术的优点于一体，从工程应用角度出发，采用微机控制的电液化比例控制系统对液压压砖机喂料车进行速度控制；以提高喂料车的速度精度，应用电液比例控制技术进行液压系统设计，探讨了微机控制的电液比例控制系统的一般原理和方法。该速度控制系统还可以推广应用到其它位置控制系统中，具有相当的理论价值和实际意义。 本课题是典型的机、电、液、计算机一体化的自动控制系统，恰恰顺应了现代工业的发展趋势。因此微机电液比例控制系统的应用研究对提高喂料车的控制性能、速度精度具有重要的理论价值和工程意义。1.4本设计设计的主要内容 （1） 控制系统总体方案的设计；（2） 液压系统原理图的绘制；（3） 液压元件的选择；（4） 液压站的组成；（5） 系统建模仿真及控制器的设计。第二章 控制系统总体方案设计2.1喂料车液压系统分析 液压机是用来对金属、木材、塑料等材料进行压力加工的机械，也是最早应用液压传动的机械之一，应用液压机可以进行冲剪、弯曲、翻边、拉深、装配、冷剂、成型等多种加工工艺。液压传动目前已成为压力加工机械的主要传动形式。液压机液压传动系统是以压力控制为主的系统，由于液压传动用于机器的主传动，系统压力高、流量大、功效大，因此特别要注意提高系统的功率，而其要防止卸压时产生的冲击。而全自动液压压砖机是液压机中的一种重要类型，在压砖机中主要的运动是喂料车的推转、装料运动，动横梁（或冲头）的压制、排气、回程及顶出装置的升降运动，在压机的喂料车及动横梁的运动中引入电液比例控制技术，不仅可以简化系统、易于编程，而且在往复运动中，可以减少换向冲击，提高换向精度。2.2 喂料车动作要求喂料车根据其工作循环要求有快进、工进、快退、慢退以及停留在行程任意位置等基本动作，喂料车工作循环图如图2.1所示。图 2.1喂料车工作循环图 喂料车相关参数： 车料总重量（kN） 250 快进速度（mm/s） 10工进速度（mm/s） 5快退速度（mm/s） 20慢退速度（mm/s） 12系统频宽（） 2速度精度（mm/s） 1.2摩擦系数 0.05喂料车行程(mm) 1000根据以上要求以及自己设定的数据得下表表 2.1负载分析表时间段时间/s位移/mm合力/N0t1525125002512525t1t28040012500012500t2t310751250012.512512.5t3t44545012500012500t4t510501250020.812520.8t5t616160100002510025t6t719.839610000010000t7t810160100001610016t8t916.720010000010000t9t1014841000017.210017.2从以上的表格中可以看出，惯性负载远远小于摩擦负载，所以在后面的计算中，惯性负载可以忽略不计。液压缸是液压系统的执行机构，是将液压能转化成机械能的能量转换装置，本系统是用于位置和速度控制的。电液比例技术己广泛应用于精度要求较高的机械加工、冶金等行业。本系统中的执行元件为双出杆活塞缸，能源装置为液压泵站，液压缸采用水平安装，初选液压缸的公称压力为第三章 液压系统方案的拟定3.1 拟定液压系统原理图拟定液压系统原理图是液压设计中的一个很重要的步骤，这一步要做的工作就是合理应用压力控制回路、卸荷控制回路和方向控制回路等基本回路的有关知识和各种液压元件的基本特征及功能的知识，组成一个满足工作机构要求的液压系统。首先，将挑选出来的各典型回路合并、整理，增加必要的辅助回路；其次，加以综合，构成一个结构简单，工作安全可靠、动作元件平稳、效率高、调整和维护保养方便的液压系统，形成系统原理图。但能够满足同样要求的液压系统不会是唯一的，一定会有多种形式和结构，应当从不同的系统中，选择最佳方案。3.1.1液压控制系统的选择随着微电子、智能化的发展，对液压机的性能如稳定性、加工效率、压制精度等有了更高的要求，而传统的开关控制已远远不能满足这种高性能的要求；伺服阀的响应速度和控制精度虽然都很高，但价格太贵，对油液污染敏感。故本系统采用电液比例控制系统，可实现较高的控制精度和较快的响应速度。该系统采用阀控缸系统，其可控制精度和响应速度高。3.1.2控制方式的选择控制系统分为开环控制和闭环控制，开环控制系统不具备抗干扰能力。大量的工程实践表明，在现有的技术条件下，开环控制的比例系统，其位置精度不是很高，而本系统要求精度较高，故采用闭环控制系统。确定液压系统原理图如下图图3.1液压系统原理图第四章 液压元件的选择4.1液压缸的选择4.1.1确定油源压力液压泵的最大工作压力，由下式确定: （4.1） 式中 液压缸最大工作压力（进口） 由液压泵出口到液压缸之间的管路延程阻力损失之和。 本次设计取=1MPa(计算按经验数据选取) （4.2） 由于该系统是阀控缸系统，本质上是节流控制系统，为保证系统有足够高的效率，油泵压力的选取要比系统最大压力高20%，故本系统选取油源压力为： 4.1.2确定伺服油缸尺寸参数在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 （4.3） 由于液压压下系统的负载轨迹比较简单，故可按下式直接求得动力元件最佳匹配参数。可得油缸有效面积A （4.4）由此可得活塞杆直径D （4.5） 所以选取 活塞的行程为。为了提高油缸位置检测精度和增加油缸的导向长度，把位移传感器安装在油缸内部，直接检测油缸中心的位置。因此本系统选取双出杆伺服油缸，其型号为：具体参数如下表表4.1伺服油缸参数表 额定压力 使用温度-2080°C最高工作压力 最大速度1mm/s 最低启动压力 工作介质矿物油、水、乙二醇非线性0.05mm重复性0.002mm滞后<0.004mm电源24VDC测量范围253650mm分辨率0.002mm安装位置任意接头选型RG金属接头（7针）4.2伺服比例阀的选择伺服比例阀是比例技术与伺服技术进一步结合的产物。它是在比例方向阀的基础上，将比例阀中的比例电磁铁和伺服阀中的阀芯和阀套加工技术获得的。与比例阀相比，他最重要的特征就是当阀芯处于中位时，阀口是零开口的（阀口的遮盖量几乎为零），这意味着伺服比例阀的控制特性具有死区为零的特点，特别适合于作为闭环系统的控制元件。由于阀口的零开特性，故伺服比例阀在零位的线性好，完全可以采用线性控制理论进行分析，因此本系统采用伺服比例阀。 （4.6）式中 负载最大速度 活塞杆腔工作面积 所以选取伺服阀为FF01系列的，型号为：00121TP10 具体参数如下表表4.2伺服阀参数表额定流量1额定电流10mA额定供油压力21供油压力范围228线圈电阻50滞环4压力增益>30工作介质YH-10工作温度-55150°C重量0.19第五章 泵、电机的选择5.1泵的选择液压泵是能量转换装置，它向系统提供具有一定压力和能量的液体，把机械能转换成液体的压力能。5.1.1 确定液压泵的工作压力在一般的设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80%左右，即液压泵的工作压力Pp至少要有20%的压力储备；要求较高的系统或运动的设备（如车辆），系统压力为泵额定压力的60%左右，而且泵的流量要大于系统工作的最大流量。式中 执行元件（液压缸）最大工作压力所以取为185.1.2 确定液压泵的流量液压泵的额定流量应与计算的流量相当，不要超过太多，液压泵的输出流量为： （5.1）式中：系统的泄露系数，一般取（大流量取小值，小流量取大值） 液压缸最大总量。在工作过程还需加上溢流阀的最小流量，一般取0.5×10-4 m³/s，本系统取K = 1.3所以 5.1.3 选择液压泵 根据算出的流量和系统压力选择液压泵。液压泵的额定流量应与计算的流量相当，不要超过太多，但泵的额定压力可以比系统工作压力高25%，或更高一些。所以选取液压泵为型斜轴式轴向柱塞泵，其具体型号为：,具体参数如下表表5.1液压泵参数表额定压力16最大流量10最大压力25最高转速9705.2 电机的选择按液压泵的使用情况，计算其驱动功率P （5.2） 式中 液压泵额定压力 液压泵的额定流量 液压泵的总效率, 转换系数： 液压泵实际使用的最大工作压力 所以选取型三相异步电动机，具体参数如下表表5.2电机参数表额定功率1.5额定电流3.7转速1400效率78%功率因数0.79振动速度1.8第六章 管道尺寸和油箱容积的确定 6.1 油管的计算6.1.1 直径的计算油管内径主要由油液的速度确定，直径小、流速高、压力损失大，甚至产生噪声；直径大，占用空间大，机器重量增加，因此要合理选用管内径。 （6.1） 式中 液体流量 按推荐值选，取6.1.2 壁厚的计算 受拉伸接薄壁筒公式计算壁厚 （6.2） 式中 工作压力 许用应力，钢管： 抗拉强度，选用45钢，所以 安全系数，此处，所以考虑到连接时螺纹对强度的削弱，选择管壁适当增大。所以选择钢管外径为：；此时壁厚为：；管接头连接螺纹为：6.2 油箱的确定6.2.1油箱的功用 1、储存系统所须的足够油液；2、散发系统工作中产生的热量；3、分离油液中的气体及沉淀污物。6.2.2油箱类型的选择据油箱液面是否与大气相通，可分为开式油箱和闭式油箱。开式油箱应用最广泛，油箱内的液面与大气相通，为了减少油液的污染，在油箱盖上设置空气滤清器，使大气与油箱内的空气经过滤清器相通。本系统的油箱就采用的开式油箱。6.2.3油箱形状及布置根据油箱的形状可分为矩形油箱和圆形油箱。因矩形油箱既便于制造，又能充分利用空间。故一般油箱（容量小于2000L）的都采用这种形式。 根据液压泵与油箱相对位置可分为上置式、下置式和旁置式三种油箱。本系统采用旁置式油箱，即把液压泵等装置安装在油箱旁边，由于振动源不在箱盖板上，其钢板厚度可相应减薄，油箱的容量大。6.2.4 油箱的设计要点油箱必须有足够大的容量，以保证系统工作时间能保持一定的液位高度，在油箱容积不能增大而又不能满足散热要求时，须设冷却器；设置过滤器；设置油箱主要油口。油箱的排油与回油口之间的距离应尽量的远，管口应插入最低油面以下，以免发生吸空和回油冲溅的气泡。吸油口离箱底距离H>>2D（D为管径），距箱边的距离不小于3D，回油管离箱底距离H>>3D；设置隔板将吸、回油管隔开，使液流循环，油流中的气泡与杂质分离和沉淀。可以在隔板上安装滤网；在开式油箱上部的通气孔上必须设置空气滤清器，兼注油口作用；放油孔要设置在油箱底部最低的位置，使换油时油液和污物能顺利的流出。在设计油箱时，为了清洗的方便，设置清洗孔；按GB3766-83中5、2、3a的规定，“油箱的底部应离地面150mm以上，以便搬移、放油和散热”；为了能够观察油箱注油的液位上升情况和在系统过程中看见液位高度，必须设置液位计。 按照以上要求，设计油箱结构图如下1吸油管，2 网式过滤器，3空气过滤器，4回油管，5油箱顶盖，6 油面指示器，7、9隔板，8放油塞图6.1油箱结构图6.2.5 油箱容量及结构尺寸的确定油箱的有效面积应根据液压系统的发热、散热平衡原则来计算，这项计算在系统负载较大长期连续工作时是必不可少的。但对于一般情况来说，油箱的有效容量为泵每分钟流量的7倍，对于行走机械，冷却效果比较好的设备，油箱的容量可以选择的小些；但对于固定设备，空间面积不受限制的设备，则应采用较大的容量；从散热角度而言，最好把油箱作成正方形或长方形，长、宽、高比例可取1：1：1 1：2：3，以便在相同的条件下，得到最大的散热面积。 （6.3）所以选取油箱为力士乐技术产品，带支撑脚的矩形油箱，规格为60型的，确定其型号为：6.3 油箱附件的确定6.3.1隔板的设置设置隔板将吸油管和回油管隔开，并使油液循环。将油液中的气泡和杂质分离和沉淀。本系统采用溢流式隔板。溢流式隔板高度不低于液面至箱底高度的2/3。隔板下部应开有缺口，使吸油管的沉淀物经此缺口至回油侧，然后经放油口排出。6.3.2 液位计的选取液位计一般设置在油箱侧壁上，以指示油箱中油液的液面位置。通常油箱上还应该设置温度计，以检测其油温，为了结构设计的合理性，我选取带温度计的液位指示器。所以，选此处选用型号YWZ150T。6.3.3 过滤器的选取选取线隙式过滤器其具体型号为：,具体参数如下表表6.1过滤器参数流量过滤精度额定压力初始压降第七章 建立系统数学模型7.1传感器的选择及其建模由于本课题控制系统有一个被测量，即位移，所以要选择位移传感器，位移传感器对系统进行测量，并将信号迅速准确的反馈给控制器，如果测量不准确，就不能如实的反映系统的工作情况，这将会造成很大的误差。因此，控制系统中的传感器的作用非常重要。而选择位移传感器主要考虑它的测量范围和灵敏度。测量范围越宽，测量量程越大，检测误差也越大，所以在满足量程前提下，尽量选用较小的测量范围。位移传感器的灵敏度越高，能感知的被测量的变化量越小，但同时对外界的影响更加敏感，所以要根据实际情况综合考虑，对油缸位置控制的精度要求也比较高。所以选择ICS 100内置缸电位计式传感器，其参数为：05V输出，重复精度0.01%（即全行程200mm内绝对误差为0.22mm），线型度±0.025%，最高速度1m/s。7.1.1 传感器传递函数传感器响应频率远大于系统的响应频率，故其传递函数可认为是比例环节。因此位移传感器的增益为： （7.1）7.2 阀控伺服缸建模控缸的动态特性取决于阀和液压缸的特性并和负载有关;分析时按集中参数考虑，假定负载是质量、弹簧和粘性阻尼构成的单自由度系统。为了分析简单和便于应用，采用线性化分析方法，即研究在某一稳态工作点附近作微小运动的特性。 （1）比例阀线性化流量方程 经线型化后，滑阀的流量方程为 （7.2） 将上式拉氏变换后，可得 （7.3）式中 负载流量， ; 比例阀流量增益； 比例阀流量压力系数， 负载压力，; 比例阀阀芯位移。2） 伺服油缸流量连续性方程 假定所有连接管道都是短而粗的，管道内的摩擦损失、流体质量影响和管道的动态等均忽略不计;液压缸整个工作腔内各处的压力相同，油液温度和体积弹性模量可认为是常数；液压方的内外泄漏为层流流动。在这种情况下，流入液压缸左腔的流量 （7.4） 式中 液压缸活塞的有效面积； 活塞的位移； 液压缸的内泄系数； 液压缸的外泄系数； 液压缸进油腔的容积（包括阀腔和阀到液压缸连接管道的容积）； 系统的有效体积弹性模量（包括液体、混入油中的空气及缸体、管道的机械柔度）。从液压缸右腔流出的流量2为 （7.5） （7.6）假设活塞在两腔体积相等的位置，则有这样做一方面可以使分析简化，另一方面活塞位于较中间的位置时稳定性较差，所以这种假设是注意到了最不利的情况，是合理的。其次将内泄漏系数和外泄漏系数用总泄漏系数来代替，即 （7.7）并注意到 （7.8）然后进行拉氏变换后，得 （7.9）（3）液压缸和负载力平衡方程若考虑最一般的情况，活塞受力包括有惯性力、粘性阻力、弹簧力和任意外负载力，则根据牛顿第二定律建立活塞受力的平衡方程为 （7.10）式中 M1活塞以及与活塞相联的负载折算到活塞上的总质量； Bp活塞和负载的粘性阻尼系数； KL负载的弹簧刚度； FL作业在活塞上的外载力。阀控液压缸动态特性的三个基本方程。根据这三个方程可以画出方块图，并求得阀控缸的数学模型为 （7.11）=称为总的流量压力系数。对数学模式进行简化，两个通道的传递函数可以分别列写。只考虑阀芯位移v为输入的传递函数（忽略干扰量FL的输入）。油缸是惯性负载和弹性负载的组合，粘性负载很小，可以忽略，即BP=0。因此得到简化后的油缸负载传递函数为 （7.12）式中 液压缸活塞的有效面积； 液压阻尼比，伺服油缸一般取=0.10.2，这里取=0.2. 阀的流量压力系数，伺服阀的阀芯直径d=5mm，则伺服阀阀芯的面积梯度，伺服阀阀芯与阀套间隙可取；伺服系统用油绝对粘度，则 ; （7.13） 液压缸负载质量系统的固有频率， 其中=油缸有效面积（油缸的行程+阀至油缸间管路折算距离） 一般取。此处为油缸运动部分的质量，。所以 （7.14）7.3 伺服比例阀建模根据测试结果，工程上将伺服比例阀视为一个二节环节。传递函数为 （7.15）供油压力=18MPa时，阀的空载流量为：伺服阀的流量增益为：由样本查得伺服阀的固有频率 ； 阻尼比 所以伺服阀的传递函数为 ： （7.16）7.4 比例放大器增益比例放大器采用集成电子元件组成，响应很快，可作为比例环节。生产厂家一般提供配套的比例放大器