1.5MN伺服電機(jī)雙向泵控實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱(chēng)： 1.5MN伺服電機(jī)雙向泵控 實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 13級(jí)機(jī)控2班 學(xué)生姓名： 谷巖帥 指導(dǎo)教師： 孔祥東教授 完成日期： 2017.3.26 一、國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，選題的依據(jù)和意義 1.1、 實(shí)驗(yàn)壓機(jī)概述實(shí)驗(yàn)壓機(jī)是機(jī)械工業(yè)中各生產(chǎn)企業(yè)、科研單位進(jìn)行試驗(yàn)的一種關(guān)鍵設(shè)備，適用于各種不同工藝的試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)壓機(jī)要求精度高、重復(fù)性好、參數(shù)變換范圍大，經(jīng)常變動(dòng)的工藝條件。液壓系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的重要組成部分，其主要作用是控制液壓缸活塞動(dòng)作，滿(mǎn)足各種工藝要求，其工作性能對(duì)實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的工作效率與加工產(chǎn)品質(zhì)量均有很大的影響。目前

2、現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)壓機(jī)存在智能化低，難以對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行精確控制，液壓系統(tǒng)自動(dòng)化程度低，無(wú)多段加壓、保壓等功能缺陷。隨著新技術(shù)不斷在液壓行業(yè)中應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與革新有了重大的突破。本文研究的伺服電機(jī)雙向泵控實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)正是將交流變頻伺服技術(shù)應(yīng)用于液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)物。1.2、 實(shí)驗(yàn)壓機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀伺服實(shí)驗(yàn)壓機(jī)是一種以液體為工作介質(zhì)，應(yīng)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向定量泵，通過(guò)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)的一種液壓機(jī)。伺服實(shí)驗(yàn)壓機(jī)采用伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以減少控制閥回路。伺服實(shí)驗(yàn)壓機(jī)通過(guò)控制交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)控制泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制其流量和流速。交流伺服電機(jī)具有控制性能好、可靠性高和效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以簡(jiǎn)化

3、實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的工作性能。日本第一電氣株式會(huì)社研究無(wú)閥電液伺服系統(tǒng)己有十多年了，其產(chǎn)品也得到了廣泛應(yīng)用，并成功將其應(yīng)用在壓力機(jī)上。日本的液壓機(jī)生產(chǎn)公司以容積控制電液伺服系統(tǒng)為基礎(chǔ)研發(fā)了泵控伺服液壓機(jī)，這種液壓機(jī)具有柔性高、節(jié)能降噪等眾多優(yōu)點(diǎn)，是液壓機(jī)未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。1994年，小松公司成功開(kāi)發(fā)出了伺服液壓機(jī)。美國(guó)的WIDEMANN和W. A. WHITNEY公司，日本的會(huì)田公司，以及瑞士的RASKIN公司也都在展開(kāi)伺服液壓機(jī)的研發(fā)工作。2012年11月，德國(guó)福伊特公司在漢諾威機(jī)床展上展出1臺(tái)500 kN的伺服液壓機(jī)樣機(jī)，500 kN伺服液壓機(jī)如圖1所示，該伺服液壓

4、機(jī)通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)嚙合齒輪泵，具有優(yōu)良的工作性能。圖2和圖3分別為日本網(wǎng)野公司研發(fā)的20000 kN和6000 kN的伺服液壓機(jī)，己成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)伺服液壓機(jī)的研究可分為兩種:一種是采用交流伺服電機(jī)取代普通交流異步電機(jī)，并配以定量泵，組成泵控伺服液壓系統(tǒng)(也稱(chēng)為無(wú)閥液壓伺服系統(tǒng))，目前市面上常見(jiàn)的伺服液壓機(jī)多采用該種方案;另一種是無(wú)泵式伺服液壓系統(tǒng)，即采用伺服電機(jī)通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)液壓增壓系統(tǒng)工作，這種方案目前正處于研究階段，但未來(lái)發(fā)展空間巨大。國(guó)內(nèi)伺服液壓機(jī)多采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制液壓油的流動(dòng)方向，進(jìn)而控制滑塊的運(yùn)動(dòng)方向。通過(guò)控制伺服電機(jī)的

5、轉(zhuǎn)速控制液壓油的流動(dòng)速度，進(jìn)而控制滑塊的運(yùn)動(dòng)速度。通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控液壓油的流動(dòng)壓力，進(jìn)而控制滑塊的鍛壓力。如圖4所示，合肥合鍛機(jī)床股份有限公司成功研發(fā)了SHPH系列數(shù)控伺服液壓機(jī)。SHPH系列數(shù)控伺服液壓機(jī)與普通液壓機(jī)比較可節(jié)約電能20 %60 %，平均降低噪音20 dB，可減少50%的液壓油用量及消耗。1.3、 伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀伺服電機(jī)雙向泵控液壓系統(tǒng)是一種將交流伺服和變頻技術(shù)與液壓相互結(jié)合，通過(guò)改變伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而改變液壓泵的輸出流量的新型的調(diào)速方法，即所謂的“伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)”。伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)是近些年來(lái)國(guó)際液壓技術(shù)的一項(xiàng)重大科技技術(shù)成果，在國(guó)外其被

6、稱(chēng)之為直驅(qū)式容積控制電液伺服系統(tǒng)(Direct Drive Volume Control Electro-hydraulic Servo System，簡(jiǎn)稱(chēng)DDVC)，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為“無(wú)閥系統(tǒng)”(指不用電液伺服閥)、變轉(zhuǎn)速液壓系統(tǒng)。 日本、美國(guó)、德國(guó)和瑞典等國(guó)是世界上最早研究伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)的國(guó)家。日本在伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)的研究方面處于世界領(lǐng)先的水平，在其工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)投入使用。日本第一電氣株式會(huì)社通過(guò)對(duì)伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)十余年的不懈研究，技術(shù)已經(jīng)日趨成熟并成功的在注塑機(jī)、精密鍛壓機(jī)、連鑄設(shè)備、成形機(jī)及船舶舵機(jī)和減搖裝置等工程化產(chǎn)品中應(yīng)用。此外，日本油研公司研發(fā)出由變頻交流伺服電

7、機(jī)驅(qū)動(dòng)定量泵組成的IH伺服控制單元，該單元設(shè)置了位置和壓力傳感器，通過(guò)速度反饋控制變頻伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓泵的輸出流量的改變，進(jìn)而成功解決了對(duì)速度、位置、壓力的閉環(huán)控制。目前IH伺服控制單元的應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了機(jī)床、鍛壓、冶金等機(jī)械裝置中，并有多種型號(hào)的新產(chǎn)品投入工業(yè)使用。日本川崎公司開(kāi)發(fā)了“川崎ECO servo" 伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)，將變頻器與廉價(jià)的感應(yīng)電機(jī)結(jié)合，利用高壓大流量定量泵實(shí)現(xiàn)了高精度控制。同時(shí)利用具有反饋功能的控制器實(shí)現(xiàn)了位置與壓力控制。美國(guó)、德國(guó)、瑞士等國(guó)亦深入的研究了伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)，尤其是在電動(dòng)靜液作動(dòng)器（EHA）、液壓電梯、注塑機(jī)等領(lǐng)域有領(lǐng)先世界的科研與技

8、術(shù)水平。美國(guó)航空母艦列裝的艦載戰(zhàn)斗機(jī)F-18型飛機(jī)中裝有美國(guó)MOOG公司研制生產(chǎn)的新型電動(dòng)靜液作動(dòng)器（EHA）。1997年在德國(guó)奧斯布格的97 INTERLIFT國(guó)際電梯展會(huì)上，瑞士Beringer公司向世界展示了其最新研制的變頻驅(qū)動(dòng)液壓電梯控制系統(tǒng)，引起了廣泛的轟動(dòng)。德國(guó)Voith公司用可變速電機(jī)和其生產(chǎn)的內(nèi)嚙合齒輪定量泵組成的變轉(zhuǎn)速液壓系統(tǒng)，應(yīng)用較為普遍，最高壓力可以達(dá)35MPa，電機(jī)功率最大為75KW，己在Battenfeld和MIR等廠家成功使用。相比之下，我國(guó)對(duì)伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)的研究起步略晚于西方國(guó)家。國(guó)內(nèi)對(duì)伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)研究的主要單位有浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航

9、天大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等高校。目前該領(lǐng)域的研究多集中在理論和結(jié)構(gòu)性能方面，僅在液壓機(jī)、注塑機(jī)等行業(yè)有定型產(chǎn)品問(wèn)世。浙江大學(xué)對(duì)DDVC系統(tǒng)的研究主要集中在VVVF技術(shù)(Variable Voltage Variable Frequency)在液壓調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用。VVVF技術(shù)是通過(guò)改變伺服電機(jī)的頻率和電壓來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行元件的調(diào)速。浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功搭建了變頻液壓系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)，研究提出了諸多變頻液壓系統(tǒng)，包括由變頻器、異步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙向定量泵的閉式液壓回路，該回路可用于驅(qū)動(dòng)大型機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。同時(shí)研究提出的驅(qū)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)負(fù)載的開(kāi)式系

10、統(tǒng)回路已經(jīng)成功應(yīng)用到液壓電梯的研究中。哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過(guò)多年的努力攻關(guān)在伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)的理論分析、實(shí)驗(yàn)等方面取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。哈工大根據(jù)船舶舵機(jī)的應(yīng)用背景，成功研制出了針對(duì)船舶舵機(jī)應(yīng)用的伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)樣機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，指出造成DDVC系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性差的主要原因事容積調(diào)速的特點(diǎn)影響了泵控動(dòng)力機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性，論述了一系列可以提高其動(dòng)態(tài)特性的措施。北京航空航天大學(xué)提出了采用高性能永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDCM）驅(qū)動(dòng)，研究新型電動(dòng)靜液作動(dòng)器EHA原理樣機(jī)的方案，同時(shí)研究結(jié)果表明該新型電動(dòng)靜液作動(dòng)器EHA具有高精度、高響應(yīng)、無(wú)超調(diào)的動(dòng)態(tài)特性。太原理工大學(xué)權(quán)龍教授通過(guò)

11、對(duì)多種可滿(mǎn)足不同功能要求的液壓泵和伺服電機(jī)組合回路的實(shí)驗(yàn)研究，指出伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)與變排量泵控液壓系統(tǒng)相比具有更加高效的效率，可在工程實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。西安交通大學(xué)圍繞著伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)智能控制理論與應(yīng)用方面開(kāi)展了深入研究，在交流變頻容積調(diào)速回路特性及速度控制的方面，成功采用模糊控制的方法將外負(fù)載變化對(duì)速度的影響予以基本消除，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)速度穩(wěn)定和回路剛度的提高。2、 選題的依據(jù)和意義隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)健康增長(zhǎng)，人民生活方式的轉(zhuǎn)變和生活水平的不斷提高，建設(shè)“節(jié)約型社會(huì)”的問(wèn)題日益突出。眾所周知，機(jī)械行業(yè)是高能耗、高浪費(fèi)、低效率的行業(yè)，機(jī)械裝置的節(jié)能問(wèn)題一直是科技工作者的研究方向

12、，液壓系統(tǒng)的節(jié)能研究也是眾多液壓人關(guān)注的重大課題。正是基于節(jié)約能耗提高效率的目的，本文以實(shí)驗(yàn)壓機(jī)為樣本展開(kāi)對(duì)新型液壓系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)壓機(jī)而言，尤為重要的是對(duì)其執(zhí)行元件的速度控制。因此，調(diào)速回路是其液壓系統(tǒng)的核心。液壓系統(tǒng)的調(diào)速回路可以分為節(jié)流調(diào)速回路和容積調(diào)速回路兩類(lèi)。新型的節(jié)流調(diào)速回路雖然采用了先進(jìn)的伺服閥，但仍舊無(wú)法避免由于節(jié)流損失和溢流損失所導(dǎo)致的溫升高、效率低、散熱困難等問(wèn)題。此外，伺服閥的價(jià)格昂貴，對(duì)傳動(dòng)介質(zhì)要求較高，性能易受影響而降低。傳統(tǒng)的容積調(diào)速回路是通過(guò)改變變量泵的排量進(jìn)而控制輸出的流量與壓力，雖較于節(jié)流調(diào)速回路效率高、節(jié)能，但存在著系統(tǒng)固有頻率較低、調(diào)

13、速范圍較小等缺點(diǎn)，而且變量泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高效率卻不盡如人意。本課題研究的新型伺服實(shí)驗(yàn)壓機(jī)以交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)泵的動(dòng)力源，結(jié)合了交流調(diào)速技術(shù)和液壓技術(shù)，通過(guò)改變定量泵的轉(zhuǎn)速來(lái)對(duì)執(zhí)行元件進(jìn)行調(diào)速。不同于利用伺服閥通過(guò)節(jié)流調(diào)速控制執(zhí)行元件和利用變量泵通過(guò)改變輸出的排量來(lái)控制執(zhí)行元件的兩種液壓機(jī)。與普通的液壓機(jī)相比，新型伺服實(shí)驗(yàn)壓機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn):噪音低，平均降低噪音20分貝，能夠大大改善工作環(huán)境;節(jié)能環(huán)保，較普通液壓機(jī)節(jié)約電能20-60%，可以減少50%的液壓油用量及消耗;工作方式高度柔性，采用人機(jī)界面控制，壓力、速度、位置、時(shí)間等參數(shù)全數(shù)字控制;維修保養(yǎng)方便，通過(guò)檢測(cè)傳感器與交流伺服電機(jī)形成閉環(huán)

14、控制回路，簡(jiǎn)化了液壓系統(tǒng)，取消了壓力控制、速度控制等液壓回路;高精度控制，采用伺服控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、人機(jī)界面控制，大大提高了實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的工作精度，具有廣闊的研究前景與實(shí)踐應(yīng)用的重大意義。二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題1、研究?jī)?nèi)容1) 查閱相關(guān)資料與文獻(xiàn)，對(duì)伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)進(jìn)行深入了解2) 伺服電機(jī)雙向泵控實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算3) 液壓元件的設(shè)計(jì)計(jì)算與選型4) 系統(tǒng)泵站的設(shè)計(jì)5) 系統(tǒng)閥塊圖的設(shè)計(jì)2、 解決的主要問(wèn)題：目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)十分成熟的利用伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)控制的壓機(jī)產(chǎn)品（注塑機(jī)行業(yè)有少量定型化產(chǎn)品），所以本文需要解決的第一個(gè)問(wèn)題便是：如何利用伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

15、壓機(jī)的快進(jìn)、減速接近工件及加壓、保壓延時(shí)、泄壓、快速回程及保持活塞停留在行程的任意位置等基本動(dòng)作。除此之外，伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)也存在著低速穩(wěn)定性差、響應(yīng)快速性慢、調(diào)速精度不易等問(wèn)題，故如何解決這些問(wèn)題也將是本文的研究?jī)?nèi)容。3、 研究步驟、方法及措施 1、研究步驟：第一步：搜集相關(guān)文獻(xiàn)與資料：利用學(xué)校提供的圖書(shū)館平臺(tái)，先搜集與伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)相關(guān)的文獻(xiàn)資料，包括論文、學(xué)術(shù)期刊、書(shū)籍等，初步了解伺服直驅(qū)泵控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)及工作過(guò)程。第二步：初步計(jì)算：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中確定的輸出壓力、工作速度、頻次要求、行程區(qū)間等要求，結(jié)合對(duì)相關(guān)資料的理解，初步計(jì)算壓機(jī)液壓系統(tǒng)所需的流量、壓力。第三步：設(shè)計(jì)系

16、統(tǒng)原理圖及相關(guān)元件選型：初步擬定系統(tǒng)使用同一泵站，初步設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理草圖。根據(jù)初步計(jì)算系統(tǒng)所需的流量、壓力等選擇電機(jī)、定量泵的型號(hào)。最后完善液壓系統(tǒng)的原理圖。第四步：泵站設(shè)計(jì)：油箱等零件的設(shè)計(jì)及三維泵站的設(shè)計(jì)、布局。第五步：完善工作：審圖、改圖，整理說(shuō)明書(shū)，檢查各個(gè)環(huán)節(jié)，做相關(guān)的一些修改，準(zhǔn)備答辯。2、研究方法：（1）認(rèn)真理解與學(xué)習(xí)搜集到的相關(guān)文獻(xiàn)資料，在了解課題研究前沿的基礎(chǔ)上，利用大學(xué)四年的知識(shí)積累思考解決課題難點(diǎn)。（2）“凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢”，制定工作進(jìn)度表是十分必要的，有計(jì)劃的完成自己的工作才能事半功倍。四、研究工作進(jìn)度 任務(wù)安排：時(shí)間安排任務(wù)計(jì)劃1-2周查閱資料熟悉設(shè)計(jì)要求3周撰寫(xiě)

17、開(kāi)題報(bào)告，設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)原理草圖4周初步計(jì)算，制定設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表，開(kāi)題答辯5周對(duì)開(kāi)題中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修改，并進(jìn)行液壓元件選型，外文翻譯6周液壓系統(tǒng)原理圖的完善與繪制，外文翻譯7周閥塊的設(shè)計(jì)與計(jì)算8周閥塊二維圖繪制10-11周油箱的設(shè)計(jì)與二維圖紙的繪制12周對(duì)中期問(wèn)題進(jìn)行修改，對(duì)泵站進(jìn)行三維設(shè)計(jì)13周泵站的三維轉(zhuǎn)為二維圖紙14周對(duì)所有圖紙進(jìn)行查錯(cuò)修改15周整理說(shuō)明書(shū)16-17周設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)5、 伺服電機(jī)雙向泵控實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)方案1.1、開(kāi)式回路液壓系統(tǒng)方案開(kāi)式回路液壓系統(tǒng)液壓原理簡(jiǎn)圖如上圖所示。系統(tǒng)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)定量泵供油，經(jīng)過(guò)三位四通O型機(jī)能的電磁換向閥進(jìn)入液壓

18、缸實(shí)現(xiàn)規(guī)定動(dòng)作。其具有的特點(diǎn)是：（1）繼承了傳統(tǒng)的電磁換向機(jī)構(gòu)，電機(jī)無(wú)需正反轉(zhuǎn)，容易控制。（2）油液直接回油箱，節(jié)約能量。 1.2、閉式回路液壓系統(tǒng)方案閉式回路液壓系統(tǒng)液壓原理簡(jiǎn)圖如上圖所示。系統(tǒng)通過(guò)伺服電機(jī)帶動(dòng)雙向定量泵供油，利用小功率的普通電機(jī)帶動(dòng)單向定量泵補(bǔ)油。其具有的特點(diǎn)是：（1）可以將回油直接供給油泵，多余油經(jīng)卸荷閥回油箱，缺油時(shí)利用補(bǔ)油泵補(bǔ)油。（2）可以正反兩方向供油，不需要電磁換向閥，避免節(jié)流損失。1.3、兩種回路特點(diǎn)比較及選擇通過(guò)對(duì)以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)：開(kāi)式回路為閥控系統(tǒng)無(wú)法避免節(jié)流損失和溢流損失所造成的系統(tǒng)溫升高、散熱難、效率較低等問(wèn)題，而且由于閥對(duì)傳動(dòng)介質(zhì)要求較高，

19、污染的油液會(huì)使元件和機(jī)構(gòu)磨損甚至堵塞而降低其性能，系統(tǒng)易出現(xiàn)故障。閉式回路功率損失小，熱量產(chǎn)生少，節(jié)能高效、可靠性高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。綜上所述，伺服電機(jī)雙向泵控實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇閉式回路的方案。2、 實(shí)驗(yàn)壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖六、六、液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1.設(shè)計(jì)依據(jù) （1）全面了解主機(jī)的結(jié)構(gòu)和總體布局 這是合理確定液壓執(zhí)行元件的類(lèi)型、工作范圍、安裝位置及空間尺寸所必須的。由于1.5MN實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，故此項(xiàng)目液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件選用液壓缸。通過(guò)對(duì)不同液壓缸的分析結(jié)合項(xiàng)目要求，最終確定液壓缸為適用于往返不對(duì)稱(chēng)的直線運(yùn)動(dòng)的單活塞桿液壓缸。 （2）機(jī)器對(duì)性能的要求 1.5MN實(shí)驗(yàn)壓

20、機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式是直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)定位精度與同步精度有一定的要求。本項(xiàng)目中對(duì)實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的操作方式采用半自動(dòng)方式，沖擊負(fù)載，信號(hào)處理方式采用觸點(diǎn)繼電器控制電路。還要明確實(shí)驗(yàn)壓機(jī)原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型、功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩特性以及系統(tǒng)中各執(zhí)行元件的動(dòng)作順序、動(dòng)作時(shí)間、相互關(guān)系。（3）明確液壓系統(tǒng)的使用條件和環(huán)境情況，查明實(shí)驗(yàn)壓機(jī)在安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面的要求，搜集同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的有關(guān)技術(shù)資料等。2.負(fù)載分析負(fù)載分析就是研究機(jī)器在工作過(guò)程中，它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的受力情況。對(duì)該液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)就是研究液壓缸的負(fù)載隨時(shí)間的變化情況。工作機(jī)構(gòu)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，液壓缸必須克服的外負(fù)載 式中 工作負(fù)載； 摩擦負(fù)載； 慣性負(fù)載。1）工作負(fù)載 工

21、作負(fù)載與機(jī)器的工作性質(zhì)有關(guān)，有恒值負(fù)載與變值負(fù)載。此外又可分為阻力負(fù)載和超越負(fù)載，阻止液壓缸運(yùn)動(dòng)的負(fù)載為阻力負(fù)載，又稱(chēng)正值負(fù)載；助長(zhǎng)液壓缸運(yùn)動(dòng)的負(fù)載稱(chēng)為超越負(fù)載，也稱(chēng)為負(fù)值負(fù)載。2）摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載即液壓缸驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)工作時(shí)所要克服的機(jī)械摩擦阻力。啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，可按下式計(jì)算：；啟動(dòng)后變?yōu)閯?dòng)摩擦阻力，可按下式計(jì)算：式中 G運(yùn)動(dòng)部件所受重力； 垂直于導(dǎo)軌的作用力； 、靜、動(dòng)摩擦阻力； 、靜、動(dòng)摩擦因數(shù)。3） 慣性負(fù)載 慣性負(fù)載即運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，其平均慣性力可按下式進(jìn)行計(jì)算 式中 慣性力； 運(yùn)動(dòng)部件所受重力； 重力加速度； 時(shí)間內(nèi)的速度變化值； 啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間。 3、部分

22、液壓元件的選擇 （1）液壓缸的主要尺寸計(jì)算本文研究的實(shí)驗(yàn)壓機(jī)選取三個(gè)單活塞單液壓缸，分為一個(gè)上油缸，兩個(gè)下油缸，其中上油缸為主要工作缸。液壓系統(tǒng)液體最大工作壓力為25MPa，設(shè)工進(jìn)是的系統(tǒng)工作壓力為25MPa,出力為1.5MN,取液壓缸的機(jī)械效率為0.95，由 無(wú)桿腔為工作腔時(shí) 有桿腔為工作腔時(shí) 式中 液壓缸的工作腔壓力； 液壓缸的回油腔壓力； 液壓缸無(wú)桿腔的有效面積， 液壓缸有桿腔的有效面積， 液壓缸的最大外負(fù)載； 液壓缸的機(jī)械效率，一般取0.90.97。 表1 背壓經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)回路特點(diǎn)背壓（Mpa）回路特點(diǎn)背壓（Mpa）回油路上設(shè)有節(jié)流閥0.20.5采用補(bǔ)油泵的閉式回路11.5回油路上有背壓閥

23、或調(diào)速閥0.51.5背壓取1.5Mpa 表2液壓缸常用往返速比i1.11.21.331.461.612d/D0.30.40.50.550.620.7由本文研究的實(shí)驗(yàn)壓機(jī)的設(shè)計(jì)指標(biāo)選取液壓缸往返速比： 由表2可知d/D=0.5綜上所述，當(dāng)無(wú)桿腔為工作腔時(shí)工作壓力為25MPa，出力為1.5MN，液壓缸的機(jī)械效率為0.95，背壓取1.5MPa，d/D取0.5，帶入公式計(jì)算得：解得，故該缸可選用力士樂(lè)CDH1 MP5型單活塞桿液壓缸，其中無(wú)桿腔D=280mm，桿徑d=180mm，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)下圖： （2）液壓泵的選擇確定液壓泵的工作壓力 液壓泵的最大工作壓力： 式中 執(zhí)行元件的最大工作壓力； 液壓泵出

24、口到執(zhí)行元件入口之間的壓力損失。 經(jīng)驗(yàn)選取：管路簡(jiǎn)單、流速不大的取=0.20.5Mpa；管路復(fù)雜、流速較大的取0.51.5Mpa。這里取=0.5Mpa 由所選的液壓缸型號(hào)可得到液壓缸的無(wú)桿腔面積，有桿腔面積，工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)所需的最大的流量為。對(duì)于主油路，根據(jù)流量和出口壓力要求，液壓原理圖中的三個(gè)主油路上的主油泵選取力士樂(lè)公司內(nèi)嚙合齒輪定量泵，型號(hào)為PGH5-2X/080RE11VU2。其供油流量為143.8L/min，連續(xù)出口壓力為25MPa，間歇出口壓力為31.5MPa。對(duì)于補(bǔ)油路而言，由于設(shè)計(jì)方案采取利用補(bǔ)油泵的補(bǔ)油進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓缸的快進(jìn)動(dòng)作，故必須考慮到快進(jìn)時(shí)液壓缸所需的流量來(lái)選取補(bǔ)油泵的

25、規(guī)格。快進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)所需的最大的流量為。根據(jù)流量和出口壓力要求，補(bǔ)油路上的補(bǔ)油泵選取力士樂(lè)公司內(nèi)嚙合齒輪定量泵，型號(hào)為PGH4-2X100RE11VU2，其供油量為145.6L/min，結(jié)合主油路上的主油泵供油滿(mǎn)足快進(jìn)時(shí)的流量需求。七、參考文獻(xiàn) 1 何寄平.泵控伺服液壓機(jī)液壓系統(tǒng)研究D.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2010.2 鄭洪波.伺服直驅(qū)泵控液壓系統(tǒng)及其節(jié)能機(jī)理研究D.廣州:廣東工業(yè)大學(xué)， 2012.3 鄭洪波，孫友松，李紹培，等.節(jié)能型直驅(qū)泵控伺服液壓機(jī)及其能耗實(shí)驗(yàn)研究J. 鍛壓技術(shù)，2014,39（1）:79-85.4 冼燦標(biāo)，齊水冰，孫友松，等.直驅(qū)泵控伺服液壓機(jī)節(jié)能分析及試驗(yàn)研究J.機(jī)

26、床與液壓，2014,42（5）:45-49.5 黃迪淼.新型伺服液壓機(jī)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)D.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2012.6 宋豫，孔祥東，姚靜，等.開(kāi)式變量泵控油壓機(jī)系統(tǒng)控制特性研究J.中國(guó)機(jī)械 工程，2016，27(8):1031一1038.7 宋豫.鍛造油壓機(jī)開(kāi)式泵控液壓系統(tǒng)研究D.秦皇島：燕山大學(xué),2016.8 郭曉波.大型兩板注塑機(jī)多泵伺服液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真D.杭州：浙江大學(xué)， 2013.9 陳超，趙升噸，范淑琴，等.伺服液壓機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.鍛壓技術(shù), 2015,40 （12）:01-06.10黃方平.變頻閉式液壓動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究D.杭州:浙江大學(xué),2005.11Quan Zhongyi ,Quan Long ,Zhang Jinman ,at al. Rcview of Energy Efficient Direct Pump Controlled Cylinder Electro-hydraulic TechnologyJ. Renewable and Sustain-abl