升降机用三级液压缸的设计与仿真

た入场券 2024-04-01 18:46 90阅读 0赞

目 录  
第1章 绪论 1  
1.1升降机的发展概况 1  
1.1.1 国外升降机的发展简况 1  
1.1.2 国内升降机的发展简况 2  
1.2 升降机工作原理概述 2  
1.3 升降机的技术特点 4  
1.3.1 升降机的性能要求 4  
1.3.2 升降机的优点 4  
1.3.3 升降机的缺点 5  
1.4 本论文的选题意义及研究内容 5  
1.4.1 本论文的选题意义 5  
1.4.2 本论文的研究内容 6  
第2章 升降机的液压系统设计 8  
2.1设计背景及工况分析 8  
2.2 液压系统设计 9  
2.3 液压缸的设计 10  
2.3.1 同步伸缩液压缸的工作原理 10  
2.3.2 同步伸缩缸的参数计算 11  
2.3.3 缸盖和活塞头设计 15  
2.3.4 柱塞缸和各级活塞缸的长度计算 18  
2.3.5 液压缸的密封 20  
2.4 泵和电机的选择 21  
2.4.1 泵排量的计算 21  
2.4.2 电机的选择 21  
2.5 液压管路的设计 22  
2.5.1 管路内径的选择 22  
2.5.2 管道壁厚计算 23  
2.6 油箱设计 23  
2.7 过滤器的设计 24  
2.8 阀的选择 24  
2.8.1 单向阀的选择 24  
2.8.2 电磁溢流阀 24  
2.8.3 节流阀 24  
2.9 本章小结 25  
第3章 升降机液压系统模型的建立 26  
3.1升降机上行的数学模型 28  
3.1.1 泵的数学模型 28  
3.1.2 单向阀的数学模型 29  
3.1.3 比例流量阀的数学模型 29  
3.1.4 液压桥的数学模型 31  
3.1.5 液控单向阀的模型 32  
3.1.6 液压缸的数学模型 32  
3.1.7 系统上行的模型 35  
3.2 升降机下行的数学模型 36  
3.3 本章小结 38  
第4章 升降机液压系统的动态仿真 39  
4.1 simulink简介 39  
4.2升降机上行时液压系统的仿真分析 40  
4.2.1 供油子系统的仿真模型 41  
4.2.2 液压桥和液控单向阀组成调整子系统的仿真模型 41  
4.2.3 三级液压缸构成运行系统的仿真模型 42  
4.3 升降机上行液压系统的仿真 46  
4.3.1 升降机上行液压缸的速度曲线 47  
4.3.2 升降机上行液压缸的位移仿真曲线 49  
4.3.3 升降机上行液压缸各级缸筒压力仿真曲线 49  
4.4 本章小结 50  
第5章 升降机液压系统的PID控制 51  
5.1 PID控制原理 52  
5.2 位置PID控制算法 53  
5.3 数字PID控制算法的该进 54  
5.4 升降机液压系统的PID控制器的设计与仿真 56  
5.4.1 PID控制器设计 56  
5.4.2 采样周期的确定 57  
5.4.3 PID控制器参数整定 58  
5.4.4 升降机液压系统PID控制器仿真 58  
5.5 本章小结 64  
结论与展望 65  
致 谢 67  
参考文献 68  
1.4 本论文的选题意义及研究内容  
1.4.1 本论文的选题意义  
由于升降机具有机房设置灵活、对井道结构强度要求低、运行平稳、载重量大, 以及故障率低等优点, 在国外中、低层建筑中的应用已相当普遍。由于我国对升降机的研制、开发起步较晚, 虽已有一些单位开展研究、生产, 但国产化程度不高, 主要依靠进口。随着今后人民生活水平的日益提高, 多层建筑也将安装升降机, 而升降机则是最适宜的机种。另外, 旧房改造对升降机也将会有大量而迫切的需要。在一些特殊的使用场合, 如汽车梯、船用平台等, 由于升降机具有功率重量比大、设置安装灵活的优点, 尤其适用。对于这些大载重量升降机, 宜采用对称布置的双缸直顶支承方式, 可使轿厢处于相当平稳的运行状态。目前国内对此类升降机的研制还比较少，而且研究水平还处在一个较低的水平。  
为适应国内这种形势，最重要的是利用现有技术力量，投入必要的资金，开展升降机的研发，选择适用的控制策略，采用先进的计算机处理方法来对液压系统进行控制。为彻底解决国产化问题，并将升降机迅速推向市场，必须优化液压系统设计，设计合理的控制系统，使得升降机的运行性能达到国际水平的前提下，大幅度降低造价，以促进升降机在国内大规模的广泛使用。

本论文在对升降机的具体工作情况做了详细分析后，设计了一个较优化的升降机液压系统，然后根据轿厢的载重和计划运行速度，对各个液压元件进行了设计计算，最后结合实际情况对液压系统进行了建模和仿真，得出系统运行的曲线。这样更直观的模拟出了升降机在运行过程中的速度、压力和位移的曲线的变化。针对升降机在启动和平稳运行过程中速度的振动较大的情况，本文中在液压系统中加入了PID控制算法，从而有效降低了系统的误差，减少了升降机运行的速度振动，增强了升降机运行的平稳性和舒适性。

1.4.2 本论文的研究内容  
1）、升降机液压系统的设计  
在以前的升降机系统中，很多都采用单缸支承，由于重载升降机的轿厢尺寸一般较大, 综合结构刚度较差，这种支承方式偏载较大时会严重影响升降机的运行平衡性, 加剧导轨的磨损。本论文中采用双缸支承升降机轿厢如图1-1，这种方式在升降机运行时，两个液压缸同时对轿厢提供牵引力，这样不仅节约了在升降机运行时液压缸的行程，降低了液压缸的制造成本和安装空间，而且保证了升降机运行过程中的平稳性和安全性。  
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1-为升降机轿厢 2-为支承液压缸  
图1-1 升降机结构简图

2）、升降机液压系统的建模  
在完成液压系统的设计和相关计算后，需要确立系统合适的控制策略，那么首先要建立系统的数学模型。由于升降机液压系统具有长行程、变负载、变液容以及由于油温变化引起变泄漏的特点，直接由其机理推导出数学模型相当复杂。本论文中采用拓扑原理建立系统的数学模型，即先根据系统的总体结构建立液压系统的拓扑结构图，将系统分成若干个可以独立的子系统，然后再分别建立每个子系统的数学模型，最后再根据拓扑结构组合成整个大系统的数学模型。这种建模方法不仅降低了建模的复杂程度，节省了建模的时间，而且这种模型在出现问题时更利于改进。  
3）、升降机液压系统的仿真  
建立起升降机液压系统的数学模型后，就需要对根据数学模型来建立系统的仿真模型。本文中采用MATLAB中的Simulink来对系统进行仿真，并且把整个系统分为三个子系统：液压泵、单向阀和调速阀组成供子油系统；液压桥和液控单向阀组成调整子系统；三级液压缸构成运行系统，下面对三个子系统分别建立仿真模型，然后再组成系统的总体仿真模型，进行仿真，这样具有很强的可观性和内部可移植性，给程序调试和设计带来很大方便。在对系统仿真过程中，对系统输入了阶跃的流量信号和一个调速信号，系统输出为液压缸的速度、压力和位移曲线。  
4）、升降机液压系统的PID控制  
在对升降机液压系统进行了仿真后，得到了液压缸运行的速度、压力和位移曲线，分析各级缸筒的曲线，可以看出液压缸的缸筒的各级速度曲线总体运行都符合设计要求，但是缸筒速度的振动较大，这使得升降机不能稳定的运行。综合考虑，对升降机液压系统加入了PID控制器，以减少液压缸速度运行的误差。在加入了PID控制器后，液压缸缸筒在启动过程中的调整时间减少，速度变得平稳，增加了升降机运行的平稳性和舒适性。  
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