《減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案》

摘要船舶在航行時(shí)，受到風(fēng)浪、海風(fēng)及海流環(huán)境擾動(dòng)的作用，會(huì)在風(fēng)浪產(chǎn)生劇烈的橫搖運(yùn)動(dòng)，有時(shí)船舶航速很低或靜水中航行時(shí),當(dāng)海浪的頻率接近船舶的共振頻率時(shí)，也會(huì)使船舶產(chǎn)生搖蕩。其中以橫搖影響最為顯著。減搖鰭是最常用且減搖效果最好的減搖裝置。近年由于電液比例技術(shù)的發(fā)展以及它的可靠性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、節(jié)能、維修方便、成本低的優(yōu)點(diǎn),減搖鰭的隨動(dòng)系統(tǒng)逐漸應(yīng)用了電液比例技術(shù).本文將主要介紹了減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)的組成和工作原理，包括液壓系統(tǒng)的各部件的結(jié)構(gòu)和工作原理，以及液壓系統(tǒng)各工作油路的工作過(guò)程,如減搖鰭葉片收放油路,減搖鰭葉片傾斜油路和減搖鰭的伺服油路。設(shè)計(jì)首先考慮液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性，針對(duì)減搖鰭工況及相關(guān)的技術(shù)指標(biāo),提出合理的研制原理和研制流程。確定正確的初步總體方案,并運(yùn)用AutoCAD和AMESim軟件對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分析液壓系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，計(jì)算并結(jié)合液壓控制原理減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算并代入系統(tǒng)參數(shù)后用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析及時(shí)域分析,并對(duì)系統(tǒng)的研制方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化、計(jì)算與校核，真實(shí)嚴(yán)格地確保該設(shè)備的性能，并交付研究、開發(fā)成果。關(guān)鍵詞：減搖鰭；電液比例控制;液壓系統(tǒng)；工藝參數(shù)確定AbstractTheshipsissubjectedtofunctionofthewindwaves,seabreezeandoceancurrentenvironmentperturbationwhilesailing，willproduceinthewindwavesviolenthorizontalshakesport,sometimeswhentheshipssailsailsinsoonveryloworquietwaterwhenthefrequencyofwaveapproachestheresonancefrequencyofships，willalsomakeshipscreationshaketoconcuss.Amongthemwithhorizontalshakeinfluencemostforshowzhao。Itistheinestcommonuseandreducetoshakeeffecttobestlyreducetoshakedevicetoreducetoshakefin.Recentyearsbecauseofelectricityliquidproportionthetechnicaldevelopmentanditscredibilityisstrong,theanti-interferenceabilityisstrong，economizeonenergyandmaintainanadvantagewithconvenientandlowcostandreducetoshakefinofwithmovedsystemtoapplytogiveorgetanelectricshockaliquidproportiontechniquegradually。Thistextwillmainlyintroducetoreducetoshakeconstitutingofthefinelectricityliquidproportioncontrolsystemandworkprinciple,includingthestructureandworkprincipleofeachpartsofhydraulicsystem，andtheworkprocessofthehydrauliceachworkofsystemoilroad,ifreducetoshakeafinbladetoaccepttoputoilroad，reducetoshakethefinbladeinclinationoilroadandreducetheservooilroadofshakingthefin.Thedesignconsiderstherationalityofhydraulicsystemstructurefirstandaimsattoreducetoshakefinworkconditionandrelatedtechniqueindexsignandputforwardreasonableofdevelopprincipleanddevelopprocess.Certaincorrectandinitialtotalproject,andmakeuseofAutoCADandAMESimsoftwareastoit’scarryonasystemstructuredesign.Thestaticstatecharacteristicanddynamicstatecharacteristicthatanalyzeshydraulicsystem，combinesahydrauliccontroltheprinciplereducethemathematicsmodelofshakingthefinelectricityliquidproportioncontrolsystemdesign,calculationcombinegenerationgointosystemparameterbehindusetheMATLABsoftwarecarriesonstabilityanalysistothesystemtheareaisanalyticalintime,andcarryonadesigntothedevelopingofsystemprojectwithexcellentturn，calculationandpitintheschool,realitystrictlyensuresthefunctionoftheequipments,andconsignaresearch,developmentachievement.Keyword:Reducetoshakefin;Giveorgetanelectricshockaliquidproportioncontrol;Hydraulicsystem;Thecraftparameteriscertain目錄TOC\o”1-3”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc169177653"第一章緒論 1HYPERLINK\l”_Toc169177654"1.1課題研究的目的及意義 11.2國(guó)內(nèi)外減搖鰭發(fā)展?fàn)顩r 11.3電液比例控制技術(shù)的形成和發(fā)展 21.4減搖鰭的工況分析 2_Toc169177672”1。4。3復(fù)原力矩 31.4.4阻尼力矩 41。4.5慣性力矩 41。4。8各力矩綜合分析 5HYPERLINK\l”_Toc169177669”1。5主要技術(shù)要求 51.6HYPERLINK\l”_Toc169177667"本章小結(jié) 5第二章減搖鰭控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 62.1減搖鰭執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 62。1。1減搖鰭裝置的葉片回籠和延展執(zhí)行機(jī)構(gòu) 62。2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 72.2.1減搖鰭液壓系統(tǒng)分析 7HYPERLINK\l”_Toc169177672"2。2。2擬定液壓系統(tǒng)原理圖 8HYPERLINK\l”_Toc169177673"2。3電氣控制方案 92。3.1選擇控制方式 9HYPERLINK\l”_Toc169177672”2。3.2選擇編程軟件與計(jì)算機(jī)接口 92。3.3擬定微機(jī)電液比例控制系統(tǒng)原理圖 92.4本章小結(jié) 10HYPERLINK\l”_Toc169177707”第三章控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算 11HYPERLINK\l”_Toc169177669”3。1系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì) 11HYPERLINK\l”_Toc169177669"3.1.1伺服液壓缸的選擇 11HYPERLINK\l”_Toc169177669”3。1。2傳感器選擇 143。2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) 143.2。1建立數(shù)學(xué)模型 14HYPERLINK\l”_Toc169177672"3.2。2確定各環(huán)節(jié)參數(shù) 163。2。3系統(tǒng)性能分析. 203。2。4穩(wěn)定性分析 20_Toc169177689"本章小結(jié) 25第四章液壓系統(tǒng)其他元件計(jì)算選擇 26HYPERLINK\l”_Toc169177669"4。1泵的選擇 264HYPERLINK\l”_Toc169177669".2電機(jī)的選擇 264。3液壓控制閥的選擇 27HYPERLINK\l”_Toc169177669"4。4油管的選擇 27HYPERLINK\l”_Toc169177669"4。4。1油管的計(jì)算 27HYPERLINK\l”_Toc169177669"4.5油箱的選擇 28HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。5。1油箱容量和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 27HYPERLINK\l”_Toc169177669"4.6.液位計(jì)的選擇 29HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。7網(wǎng)式過(guò)濾器的選擇 29HYPERLINK\l”_Toc169177669”4.8插裝補(bǔ)償閥組的選擇 29HYPERLINK\l”_Toc169177669”4.9油路板的選擇 29HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。10油冷卻器的選擇 29HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。11液壓油的選擇 294。12本章小結(jié) 29HYPERLINK\l”_Toc169177690"第五章液壓系統(tǒng)性能校核 30HYPERLINK\l”_Toc169177669"5。1校核回路中的壓力損失 30HYPERLINK\l”_Toc169177669”5.1。1沿程壓力損失 30HYPERLINK\l”_Toc169177669"5。1.2局部壓力損失 305.1。3閥類零件壓力損失 315.2系統(tǒng)的效率計(jì)算 315.3系統(tǒng)發(fā)熱計(jì)算和溫升計(jì)算 31HYPERLINK\l”_Toc169177669”5.3。1系統(tǒng)散熱計(jì)算 315。4液壓沖擊計(jì)算 325.5HYPERLINK\l”_Toc169177706"本章小結(jié) 331-3”\h\z\u2.2液壓傳動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2。2.1減搖鰭液壓系統(tǒng)分析減搖鰭液壓系統(tǒng)是一套“電——-液隨動(dòng)系統(tǒng)”。隨動(dòng)系統(tǒng)接收控制器信號(hào),完成信號(hào)的功率放大,驅(qū)動(dòng)鰭跟隨控制信號(hào)運(yùn)動(dòng)，隨動(dòng)系統(tǒng)能“快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定”的工作,使鰭角跟蹤控制信號(hào).工作流程圖如圖3-1所示： 圖2-3減搖鰭系統(tǒng)組成 液壓系統(tǒng)回路按照各自實(shí)現(xiàn)功能不同,主要分為葉片收放油路、葉片傾斜油路、伺服油路。另外為安全起見,系統(tǒng)還設(shè)置了一個(gè)應(yīng)急收放鰭回路和手動(dòng)回路。_Toc169177673”2。3電氣控制方案 2。3.1選擇控制方式 減搖鰭控制系統(tǒng)運(yùn)用了專為滿足嚴(yán)格的強(qiáng)度和可靠性標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的現(xiàn)代工業(yè)可編程邏輯控制技術(shù)。使用串行通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字化形式進(jìn)行信息傳遞，符合工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn).可以提供高速、高質(zhì)、可靠的通信。使用模塊式總線終端組合,將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)同通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)接,以提供一個(gè)靈活且易于維護(hù)的系統(tǒng)。HYPERLINK\l”_Toc169177672”2.3.2選擇編程軟件與計(jì)算機(jī)接口編程的軟件有很多，如VC++語(yǔ)言、VB等，VC++是windows平臺(tái)上的C++編程環(huán)境，學(xué)習(xí)VC要了解很多windows平臺(tái)的特性并且還要掌握MFC、ATL、COM等的知識(shí)，難度比較大。在工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)，越來(lái)越多的工控用戶開始要求其界面的人性化,而VC恰好能很好的滿足這一要求,但是VC不具備直接對(duì)硬件I/O地址進(jìn)行訪問(wèn)能力，需要調(diào)用DLL函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O口的訪問(wèn)控制。為此，本系統(tǒng)利用VC作為平臺(tái)和數(shù)據(jù)管理，采用VC語(yǔ)言編制動(dòng)鏈連接庫(kù)DLL，利用在VB中調(diào)出DLL來(lái)克服系統(tǒng)輸入輸出接口操作的難題。硬件接口選用PCI—7484（12位單端16路/差分、8路A/D、12位4路D/A、16路開關(guān)量DI/DO、3路脈沖計(jì)數(shù)/定時(shí)中斷）多功能板卡，它是一種通用型的數(shù)據(jù)采集卡,適用于PC及兼容機(jī),可用于各類信號(hào)的采集，控制和處理后電信號(hào)輸出。2。3。3擬定微機(jī)電液比例控制系統(tǒng)原理圖 主要的人機(jī)交互界面由駕駛臺(tái)控制站和工程控制站構(gòu)成。駕駛臺(tái)控制站包括一個(gè)電子設(shè)備單元和一個(gè)操作員面板，后者為方便使用而設(shè)計(jì)，可以清楚地指示每一葉片的運(yùn)行狀態(tài)。操作員面板部分由SOLAS（海上人身安全）面板和減搖鰭控制面板構(gòu)成。SOLAS面板用于在緊急情況下顯示葉片是否回籠。2。5微機(jī)電液比例控制系統(tǒng)原理圖 工程控制站擁有一個(gè)中央控制單元和一個(gè)操作員觸屏顯示器。駕駛臺(tái)電子控制單元、中央控制單元以及每一葉片的局部控制單元可以相互作用，這些個(gè)體單元配置安裝于船體的適當(dāng)位置，之后通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)(PROFIBUS總線)實(shí)現(xiàn)相互連接。該系統(tǒng)和水力、葉片等子系統(tǒng)連接，控制葉片運(yùn)行順序并監(jiān)控故障情況.船航行信號(hào)以及由搖擺傳感器傳來(lái)的搖擺信號(hào)，經(jīng)過(guò)中央控制單元的處理，得出對(duì)每一葉片角度的指令信號(hào)，通過(guò)總線傳輸?shù)阶笥蚁暇植靠刂茊卧欧糯笃鲉卧峁┤~片的閉合回路控制，與局部安裝的連接盒一起安裝在左右舷的水力單元上。連接盒通過(guò)電纜連接到局部控制單元,用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)器和動(dòng)力單元功能。對(duì)每一葉片的緊急控制,屬于局部功能，獨(dú)立于控制系統(tǒng)。2。4HYPERLINK\l”_Toc169177689"本章小結(jié)本章主要根據(jù)減搖鰭的技術(shù)要求,運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及電氣控制方案。使設(shè)計(jì)的思路更加明確。HYPERLINK\l”_Toc169177707”第三章控制系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)計(jì)算HYPERLINK\l”_Toc169177669"3。1系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)HYPERLINK\l”_Toc169177669"3.1.1伺服液壓缸的選擇液壓缸根據(jù)工作循環(huán)要求有快進(jìn)、減速、加壓、保壓、泄壓、快速回程等基本動(dòng)作，其典型工作循環(huán)圖如圖3.1所示:圖3。1本系統(tǒng)設(shè)計(jì)其他技術(shù)要求如下：油缸的快進(jìn)速度:85mm/s；油缸減速速度：8mm/s；油缸工進(jìn)速度：2mm/s。(2）收放鰭液壓缸a。當(dāng)船舶全速航行了，在速度達(dá)到一定大小時(shí)需要收放減搖鰭，如下表所示,圖3.2多功能船低中航速切換策略在切換減搖鰭是由收放鰭液壓缸完成。我們把鰭的表面看成片面的理想現(xiàn)狀。那么，在收放鰭的時(shí)候可以近似看作只需要克服減搖鰭本身的重量來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以,收放鰭液壓缸的負(fù)載。（3.1）b.確定工作壓力根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4卷,可取工作壓力。表3。1機(jī)械類型機(jī)床農(nóng)業(yè)機(jī)械、小型工程機(jī)械、建筑機(jī)械、液壓鑿巖機(jī)液壓機(jī)、大中型挖掘機(jī)、重型機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床工作壓力（MP)0。8～23～52～88～1010～1820~32c.確定液壓缸尺寸參數(shù)在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)執(zhí)行元件時(shí)常采用近似計(jì)算法，即按最大負(fù)載力選擇執(zhí)行元件，在執(zhí)行元件輸出特性曲線上，限定EMBEDEquation.KSEE3\＊MERGEFORMAT,由于液壓壓力系統(tǒng)的負(fù)載軌跡比較簡(jiǎn)單，故可按下式直接求的元件最佳匹配參數(shù)，可得液壓缸有效面積。（3.2）由此可得活塞桿直徑為：（3.3）標(biāo)準(zhǔn)化液壓缸參數(shù)：液壓缸內(nèi)徑，活塞桿直徑，活塞行程.本系統(tǒng)選取雙作用單活塞桿伺服液壓缸,其型號(hào)。（設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷20-325）（3)轉(zhuǎn)鰭液壓缸EMBEDEquation.KSEE3\＊MERGEFORMAT鰭是裝在船舶水線下的一塊剖面形狀對(duì)稱的流線型板。如圖3.2所示,當(dāng)船舶以速圖3。3度V航行時(shí)，若此流線型鰭相對(duì)于速度方向偏轉(zhuǎn)角,由于偏轉(zhuǎn)了的鰭的上方為低壓，下方為超壓,上下之壓差在鰭上產(chǎn)生一向上的升力P，另一舷的鰭向反方向偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生一大小相等方向向下的升力P,升力的值為：(3.4）式中：-海水密度；

Cy—鰭的升力系數(shù)（鰭形設(shè)定后,其值僅與鰭轉(zhuǎn)角有關(guān))；

S—鰭的面積;

V-船舶航速；—鰭的面積；—鰭的攻角;由此升力。b。確定工作壓力根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4卷，可取工作壓力。c.確定液壓缸尺寸參數(shù)在工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)執(zhí)行元件時(shí)常采用近似計(jì)算法，即按最大負(fù)載力選擇執(zhí)行元件,在執(zhí)行元件輸出特性曲線上,限定EMBEDEquation。KSEE3\＊MERGEFORMAT,由于液壓壓力系統(tǒng)的負(fù)載軌跡比較簡(jiǎn)單，故可按下式直接求的元件最佳匹配參數(shù)，可得液壓缸有效面積。（3.5）由此可得活塞桿直徑為：（3。6)標(biāo)準(zhǔn)化液壓缸參數(shù)：液壓缸內(nèi)徑，活塞桿直徑，活塞行程.本系統(tǒng)選取雙作用雙活塞桿伺服液壓缸，其型號(hào)為：。(設(shè)計(jì)手冊(cè)第五卷20-325)3.1.2傳感器選擇通常情況下只在鰭軸處安裝鰭角傳感器，而在液壓缸處不安裝位移傳感器。由設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)頻寬，鰭角控制精度在±1%，最大鰭片攻角。采用位置（角位移）傳感器.具體參數(shù)如下表:表3.2輸出信號(hào)名稱檢測(cè)范圍精度（線性度）交流（50、400Hz）旋轉(zhuǎn)變壓器線性HYPERLINK\l”_Toc169177669”3。1。3伺服比例閥的選擇伺服比例閥是比例技術(shù)與伺服技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合的產(chǎn)物。它是在比例方向閥的基礎(chǔ)上,將比例閥中的比例電磁鐵和伺服閥中的閥芯和閥套加工技術(shù)獲得的。與比例閥相比，他最重要的特征就是當(dāng)閥芯處于中位時(shí)，閥口是零開口，這意味著伺服比例閥的控制特性具有死區(qū)為零的特點(diǎn)，特別適合作為閉環(huán)系統(tǒng)控制的控制元件。憂郁閥口的零開口特性,故伺服比例閥的零位的線性好,完全可以采用線性控制理論進(jìn)行分析。因此本系統(tǒng)采用伺服比例閥，查相關(guān)產(chǎn)品樣本,選用Bosch伺服閥，型號(hào)為0811404803。該閥最大流量，最大輸入量,最高壓力35Mpa，閥口壓降,回程誤差0.2%,頻響,響應(yīng)時(shí)間。3.2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)3.2。1建立數(shù)學(xué)模型根據(jù)液壓系統(tǒng)圖得到減搖鰭電液比例系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖如圖3.3所示。圖3。4減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖根據(jù)圖3.1,在控制器為單位增益情況下，得出減搖鰭電液控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（假定作用在液壓缸活塞上的外負(fù)載為零).(3。7)式中：--—系統(tǒng)的開環(huán)增益。經(jīng)過(guò)計(jì)算得出減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)的主要參數(shù)如下:將參數(shù)代入（3.7）中計(jì)算得；（3.8）變量油缸帶動(dòng)變量泵斜盤動(dòng)作的二階振蕩環(huán)節(jié)的固有頻率非常高,其諧振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的頻率，故其響應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可以忽略,該環(huán)節(jié)可簡(jiǎn)化為比例環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化后得系統(tǒng)傳遞函數(shù)如式（3.9）所示；(3。9）3。2.2確定各環(huán)節(jié)參數(shù)比例放大器建模比例放大器的轉(zhuǎn)折頻率比系統(tǒng)的頻寬高得多，可近似為比例環(huán)節(jié)：(3.10)式中:—比例閥輸入電流，；—控制信號(hào)電壓值,；EMBEDEquation.KSEE3\＊MERGEFORMAT—比例放大器增益，。電液比例閥建模電液比例閥的電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器是比例電磁鐵，比例電磁鐵的功能是將比例放大器輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成力或位移.設(shè)當(dāng)比例電磁鐵線圈通過(guò)電流時(shí)，銜鐵行程為，在工作區(qū)域內(nèi)，電磁鐵推力的近似線性表達(dá)式為:(3.11）式中：—比例電磁鐵的電流—力增益，N/A；EMBEDEquation。KSEE3\＊MERGEFORMAT—比例電磁鐵的位移—力增益,N/m；考慮外負(fù)載的銜鐵組件的動(dòng)態(tài)力平衡方程為：(3.12）式中：—銜鐵組件質(zhì)量，kg；—比例電磁鐵的阻尼系數(shù)，N。s/m;—作用于銜鐵組件的外負(fù)載力,N。設(shè)在電磁鐵線圈通電時(shí)，銜鐵與閥芯之間的相互作用力為,閥芯位移量為。其中,.對(duì)閥芯列動(dòng)態(tài)平衡方程：（3。13)式中：—閥芯質(zhì)量,kg；-閥芯的粘性阻尼系數(shù),可認(rèn)為是作用于閥芯上的瞬態(tài)液動(dòng)力產(chǎn)生的阻尼系數(shù),;—閥芯對(duì)中彈簧剛度，N/m；-作用于閥芯上的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力剛度系數(shù)，N/m。合并式(3。11）、式(3.12)和式（3.13)，進(jìn)行拉式變換后整理得:（3。14）式(3。14）可以簡(jiǎn)化為：(3。15）式中：—比例閥電流一位移增益，；—比例閥的固有頻率，rad/s;—比例閥的阻尼比,無(wú)因次。變量機(jī)構(gòu)建模比例閥閥口存在正重疊量、摩擦力及磁滯等，使得閥存在死區(qū)特性，在某些情況下,死區(qū)可以通過(guò)電氣的方法予以消除，這時(shí)動(dòng)態(tài)分析可按照零開口伺服閥控制對(duì)稱缸進(jìn)行。為了便于數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以忽略一些對(duì)系統(tǒng)影響較小的次要因素,特做以下假設(shè)：閥為零開口四通閥滑,四個(gè)節(jié)流口是匹配和對(duì)稱的；節(jié)流窗口處的流動(dòng)為紊流，液體壓縮性的影響在閥中予以忽略；閥具有理想的響應(yīng)能力，即對(duì)應(yīng)于閥芯位移和閥壓降的變化相應(yīng)的流量變化能瞬間發(fā)生；液壓缸為理想的雙出桿對(duì)稱液壓缸；供油壓力恒定不變,回油壓力為零；所有的連接管道都短而粗,管道內(nèi)的摩擦損失、流體質(zhì)量影響和管道動(dòng)態(tài)忽略不計(jì)；(g)液壓缸每個(gè)工作腔內(nèi)各處壓力相同,油液溫度和容積彈性模數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)；(h）液壓缸的內(nèi)、外泄漏為層流流動(dòng)。比例閥線性化流量方程為：（3。16）式中：—比例閥負(fù)載流量，；—比例閥閥芯流量增益，；—比例閥閥芯流量增益，;—比例閥負(fù)載壓力，。變量油缸流量方程為:（3.17)式中：—變量油缸活塞面積，;-變量油缸活塞位移，m；—變量油缸的總泄漏系數(shù)，;-變量油缸兩腔室的總?cè)莘e,；—等效體積彈性模量，。忽略庫(kù)侖摩擦等非線性負(fù)載和油液的質(zhì)量,根據(jù)牛頓第二定律，可得變量油缸活塞上的力平衡方程為:（3。18)式中:—變量油缸活塞及負(fù)載折算質(zhì)量，kg；—變量油缸活塞和負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)，；-變量油缸負(fù)載的彈簧剛度，N/m；F—作用在變量油缸活塞上的任意外負(fù)載力,N。對(duì)式(3。16）、式(3。17)和式（3.18)進(jìn)行拉氏變換后整理可得：（3.19)式中：—總的流量一壓力系數(shù)，。負(fù)載彈簧剛度為零，阻尼系數(shù)的值比粘性阻尼系數(shù)大得多，項(xiàng)與1相比可以忽略，式(3.19）可簡(jiǎn)化為：（3.20)式中：一變量油缸液壓固有頻率，；—變量油缸液壓阻尼比。變量油缸活塞桿位移辦與閥芯位移xv之間的傳遞函數(shù)為：（3。21）變量油缸活塞桿位移與柱塞泵斜盤傾角之間的轉(zhuǎn)換系數(shù)為，R為斜盤中心離轉(zhuǎn)軸的距離。泵控液壓缸系統(tǒng)建模通?？紤]補(bǔ)油壓力為常數(shù)，在線性化分析中包含的項(xiàng)可以略去，進(jìn)行拉氏變換后整理可得在變量泵斜盤傾號(hào)和干擾信號(hào)聯(lián)合作用下輸出量為液缸活塞桿位移Y的傳遞函數(shù)：(3.22）式中：—液壓缸液壓固有頻率,rad/S;-液壓缸液壓阻尼比。鰭角傳感器建模通常情況下只在鰭軸處安裝鰭角傳感器,而在液壓缸處不安裝位移傳感器,使得液壓缸的位移信號(hào)在通常情況下不能直接得到，所以根據(jù)轉(zhuǎn)鰭機(jī)構(gòu)的幾何尺寸關(guān)系，在鰭角范圍內(nèi)，對(duì)鰭角和液壓缸行程進(jìn)行線性化后可得：（3.23）式中:—鰭角，rad;L—液壓缸行程與鰭角的線性增益，V/rad.鰭角傳感器的頻寬比系統(tǒng)的頻寬高得多，可近似為比例環(huán)節(jié):(3.24）式中:醉f-鰭角傳感器的輸出電壓，V；Kj—鰭角傳感器增益，V/rad。3。2。3系統(tǒng)性能分析為求得系統(tǒng)對(duì)初始橫搖角的響應(yīng),可利用MATLAB中初始響應(yīng)函數(shù):［Y,X，t]=initial（ss(A,B,C，D），X0,t）(4）式中:B=［0,0,0,0］；C=[1,0,0，0]；D=[0]；X0=［θ0,0,0,0].圖3。5為初始橫搖角θ0=5°的靜水自由橫搖衰減試驗(yàn)，比較了有無(wú)減搖裝置的結(jié)果。圖3。5（a)示出：當(dāng)裝有減搖裝置時(shí),船體的橫搖響應(yīng)在經(jīng)過(guò)約4s后就減小到很低的水平,而沒(méi)有減搖裝置時(shí),船體的橫搖響應(yīng)則要經(jīng)過(guò)約18s后才減小到較低的水平.這說(shuō)明設(shè)計(jì)的減搖裝置對(duì)初始橫搖角有很好的減搖效果.圖3。5（b）顯示減搖裝置對(duì)初始橫搖角的響應(yīng)。正是減搖裝置中質(zhì)量對(duì)船體的相對(duì)運(yùn)動(dòng),才使船體的橫搖衰減響應(yīng)很快。圖3.5(a）船體有無(wú)減搖裝置時(shí)的過(guò)渡響應(yīng)圖3.5(b）減搖裝置的過(guò)渡響應(yīng)3。2。4穩(wěn)定性分析根據(jù)以上建立的減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用MATLAB軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析。因?yàn)楸壤y與伺服閥相比具有較大死區(qū)，所以對(duì)系統(tǒng)仿真分析時(shí)，不能像對(duì)待電液伺服閥那樣，采用在零位附近簡(jiǎn)單地進(jìn)行線性化處理原則，而應(yīng)充分考慮大死區(qū)進(jìn)行非線性因素的影響。死區(qū)特性會(huì)使電液比例控制系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍有所擴(kuò)大,故在系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中，可不考慮死區(qū)特性，減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖如圖3。4圖3。6減搖鰭電液比例控制系統(tǒng)的開環(huán)伯德圖系統(tǒng)的幅值裕度為25.4dB，相角裕度為87。9°，穿越頻率為3。98rad/s，系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性.由系統(tǒng)開環(huán)幅頻特性和相頻特性看出系統(tǒng)有較大的校正余地,因此，在理論分析中可以通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠?lái)改善系統(tǒng)的控制性能。3。3系統(tǒng)校核計(jì)算3.4_Toc169177669"4.1泵的選擇液壓泵是能量轉(zhuǎn)換裝置,它向系統(tǒng)提供具有一定壓力和能量的液體，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能。液壓泵工作壓力的確定由經(jīng)驗(yàn)可知，液壓泵的工作壓力壓力至少要有25％的壓力儲(chǔ)備，即：(4.1）—執(zhí)行元件的最大工作壓力，.則：。液壓泵的額定流量應(yīng)與計(jì)算的流量相當(dāng)，不要超過(guò)太多，液壓泵的輸出流量為:（4。2）本系統(tǒng)雖然有兩個(gè)執(zhí)行元件，但是都是單獨(dú)使用的,因此泵的最大流量大于最大執(zhí)行元件的流量,并考慮到泄漏,即:（4。3）式中：K-系統(tǒng)的泄漏系數(shù)，一般取。(大流量取小值，小流量取大值)—同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或液壓馬達(dá)的最大總流量.則:。選擇液壓泵根據(jù)算出的流量和系統(tǒng)壓力選擇液壓泵，液壓泵的額定流量應(yīng)與計(jì)算的流量相當(dāng),不要超過(guò)太多，但泵的額定壓力可以比系統(tǒng)工作壓力搞25％，更高一些。有產(chǎn)品樣本查出：邵陽(yáng)液壓件廠生產(chǎn)的63CCY14-1B斜軸式軸向柱塞泵能滿足上述估算出的壓力和流量要求.其各項(xiàng)參數(shù)如下:額定壓力：32MPa；最高轉(zhuǎn)速：1000r/min；最大流量:190L/min；最大功率:59.2KW;近似重量：70Kg。4HYPERLINK\l”_Toc169177669”.2電機(jī)的選擇按液壓泵的使用情況，其驅(qū)動(dòng)功率P=59。2KW。選擇電動(dòng)機(jī),YTSZ280S1-4變頻三相異步電動(dòng)機(jī)。其技術(shù)參數(shù)如下：額定功率:75KW；電流：136A.4.3液壓控制閥的選擇液壓閥的選擇依據(jù)是系統(tǒng)的最大工作壓力Pmax和通過(guò)閥的實(shí)際最大流量Qmax，以及安裝方式等。原則上閥額定壓力和公稱流量應(yīng)大于等于Pmax和Qmax。為提高工作的可靠性，應(yīng)保留有一定的安全裕量。表4.1減搖鰭液壓閥明細(xì)表序號(hào)名稱實(shí)際流量（L/min）工作壓力（MPa)選用規(guī)格產(chǎn)家1三位四通換向閥9031.5DSHG華德液壓場(chǎng)2溢流閥19035DB/DBW華德液壓場(chǎng)7節(jié)流閥10031.5FBF3華德液壓場(chǎng)8單向閥10031.5C＊＊AF3S華德液壓場(chǎng)11負(fù)載感應(yīng)隔離閥9031。5ESR華德液壓場(chǎng)13截止閥10031。5CJZQ華德液壓場(chǎng)HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。4油管的選擇連接液壓缸的油管尺寸，可根據(jù)液壓缸兩腔實(shí)際最大流量和油管允許計(jì)算求得。也可以直接由閥元件的接口尺寸決定，與系統(tǒng)中其余管道一樣。本系統(tǒng)采用后一種方法來(lái)選擇油管的尺寸。油管內(nèi)經(jīng)主要由油液的速度確定，直徑小、流速高、壓力損失大、甚至產(chǎn)生噪聲；直徑大，占空間大，機(jī)械重量增加，因此要合理選用管內(nèi)經(jīng).根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷P19-483表19—8-4初選管徑為10mm的鋼管為系統(tǒng)管路。HYPERLINK\l”_Toc169177669"4.4.1油管的計(jì)算直徑計(jì)算(4。4)式中:—通過(guò)油管流量，此處為泵的流量（L/min）；；-油在管路中的允許流速（m/s）當(dāng)P〉6MPa時(shí)，取=5m/s；=23.83mm由GB2351-80取標(biāo)準(zhǔn)值為25mm。壁厚的計(jì)算受拉伸接薄壁筒公式計(jì)算壁厚：EMBEDEquation。KSEE3\＊MERGEFORMAT（4。5）式中：-管子壁厚（m);—管內(nèi)油液最大工作壓力（Pa)；—管子內(nèi)經(jīng)(m)；;—管材的抗拉強(qiáng)度，選45號(hào)鋼時(shí)，;—安全系數(shù)，當(dāng)P〉17。5MPa時(shí)，取n=4；=2。56mm考慮到連接時(shí)螺紋對(duì)強(qiáng)度的削弱，選擇管壁適當(dāng)大增大.按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第四卷選取壁厚為2.5mm。HYPERLINK\l”_Toc169177669”4.5油箱的選擇根據(jù)油箱油液是否與大氣相同,可分為開式油箱和閉式油箱。開式油箱開式油箱應(yīng)用最廣泛。油箱內(nèi)的液面與大氣相同，為了減少油液污染,在油箱蓋上設(shè)置空氣濾清器，使大氣與油箱內(nèi)的空氣經(jīng)過(guò)濾清器相通，本系統(tǒng)的油箱就采用的開式油箱。閉式油箱指油箱內(nèi)液面不直接與大氣相通，而將通氣孔與具有一定壓力的惰性氣體相連，充氣壓力可達(dá)0。05MPa。4.5.1油箱容量和結(jié)構(gòu)尺寸的確定油箱的有效面積應(yīng)根據(jù)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱，散熱平衡原則來(lái)計(jì)算，這項(xiàng)計(jì)算在系統(tǒng)負(fù)載較大長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)是必不可少的，但對(duì)于一般情況來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積可以按液壓泵的額定流量來(lái)計(jì)算。(4。6)式中:V—油箱的有效容積（L）；-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；參照《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》,取;則:確定油箱的結(jié)構(gòu)尺寸從散熱的角度而言，最好把油箱作成正方形貨長(zhǎng)方形,長(zhǎng)、寬、高比例可取1：1:1：-1：2：3,以便在相同的條件下，得到最大的散熱面積。本油箱選擇正方形設(shè)計(jì),則油箱的尺寸為：長(zhǎng)：965mm；寬：965mm；高:965mm.油箱厚度根據(jù)以往設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)可知:900L的油箱應(yīng)取4mm.箱底厚度應(yīng)大于箱壁厚度，取其厚度為6mm,箱蓋厚度應(yīng)比箱壁厚度和箱底厚度大,選取箱蓋厚度為10mm。4。6.液位計(jì)的選擇液位計(jì)一般設(shè)置在油箱側(cè)壁上,以指示油箱中的液面位置。通常油箱上還應(yīng)該設(shè)置溫度計(jì)，以檢測(cè)其油溫,為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性,選取帶溫度計(jì)的液位指示器。所以，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取型號(hào)YWZ—150T。HYPERLINK\l”_Toc169177669”4。7網(wǎng)式過(guò)濾器的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取網(wǎng)十濾油器的型號(hào)：WU-40*180.4。8插裝補(bǔ)償閥組的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取型號(hào)為：TJ25—0/0H411-1W1。HYPERLINK\l”_Toc169177669”4.9油路板的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取型號(hào)：LC02-1W。HYPERLINK\l”_Toc169177669”4.10油冷卻器的選擇查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選取型號(hào)為：2LQFW。HYPERLINK\l”_Toc169177669"4.11液壓油的選擇綜合本設(shè)計(jì)的要求，查《液壓傳動(dòng)》選取20號(hào)精密機(jī)床液壓油。4.12本章小結(jié)本章主要對(duì)液壓系統(tǒng)各個(gè)部件的選取，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成更加明了！同時(shí)，讓系統(tǒng)得以優(yōu)化。HYPERLINK\l”_Toc169177690"第五章液壓系統(tǒng)性能校核5。1校核回路中的壓力損失壓力損失包括管路的沿程損失,管路的局部損失和閥類元件的局部損失，總壓力損失為以上之和。_Toc169177669"5。2系統(tǒng)的效率