论文部分内容阅读
水液压技术是节能环保型传动技术，其中开发出与水介质相适应的水压元件是国内外的研究热点。水液压泵是水液压系统的动力源，是水液压系统的核心元件，而柱塞泵由于功率密度大，容积效率高等优点成为中高压水泵的常用结构形式。常用柱塞泵主要包括曲柄连杆柱塞泵和轴向柱塞泵，一方面，旋转电机、主轴、蜗轮蜗杆和斜盘等中间回转机构都存在偏载力和不平衡力矩，引起较大的机械振动噪声;另一方面，传统水泵的流量脉动大，产生的压力脉动幅值大，脉动力不仅作用于管内流体，且流体脉动反射波作用于泵体及管系上，引起系统级的振动噪声。因此，开展低振恒流量直驱水压柱塞泵的研制具有十分重要的意义。 本文以恒流量直驱水压柱塞泵为研究对象，构建了直驱水压柱塞泵的恒流量模型和压力流量特性模型，开展了柱塞泵的压力流量特性、配流阀动态响应特性和流量脉动特性的数值分析;进行了泵用直线电机的速度规划程序控制方法和控制策略研究，对比分析了多种速度规划，完成了速度规划及程序控制方法、电流环和伺服环控制策略的试验验证;分别进行了恒流量运动规划和多轴协同控制策略的对比分析研究，并完成试验验证;开展了柱塞副配对材料的摩擦学试验研究;最后完成直驱水压柱塞泵样机研制和性能试验。本文的具体研究工作如下: (1)分析概述了国内外水压柱塞泵和直驱流体机械的研究现状，阐述了本文的研究目的和直驱水压柱塞泵的研究意义，介绍了本文的关键技术问题和主要研究内容。 (2)建立新型恒流量直驱水压柱塞泵的基础理论，为直驱柱塞泵的研制提供理论指导。构建了间隙自补偿柱塞副和集成化锥式配流阀的流体动力学模型和压力流量模型。分析了多种电机速度规划下柱塞泵的压力流量特性以及配流阀的动态响应特性。针对柱塞泵流量脉动特性，进行柱塞副和配流阀参数敏感性分析，完成其设计优化。 (3)提出新型动磁式双边平板直线电机方案，完成新型泵用直线电机多场解耦优化，研制泵用直线电机的集成控制系统。提出速度规划的程序控制方法，针对多种速度规划模型的适用性进行对比分析。试验研究了速度规划算法、速度规划的程序控制、电流环和伺服环控制策略，验证了速度规划的程序控制方法、直接PWM换相控制和积分分离结合前馈的控制策略，能有效控制泵用电机以特定速度规划高频高速连续往复运行。 (4)对比分析了多种恒流量运动规划，提出两种多轴协同运动控制策略，包括PVT同步控制和时基同步控制策略。通过恒流量运动规划和多轴协同运动控制策略，实现多电机轴以恒流量运动规划运行。基于多电机轴协同运行试验平台，试验研究了不同运动规划、运动模式和同步控制策略下，多组电机轴的协同运行特性。基于多电机轴的实际速度特性，仿真研究了直驱柱塞泵的流量特性，验证了多轴协同控制策略的可行性。 (5)在水润滑条件下对不锈钢AISI630与PEEK配对进行了摩擦学试验，分析了摩擦磨损数据和摩擦表面的微观形貌，探讨了试验条件对摩擦磨损性能的影响，对比分析了不同材料配对形式的摩擦磨损性能，为直驱柱塞泵关键摩擦副的设计和配对选材提供指导。 (6)介绍直驱柱塞泵样机的材料处理方式和制造工艺，完成直驱柱塞泵样机的研制。搭建直驱柱塞泵性能试验系统，开发试验数据采集软件。提出直驱柱塞泵的标准试验方法，包括单电机连续运行试验、多电机轴协同跑合试验、空载排量试验、加载试验和附加试验。完成直驱柱塞泵的性能试验和振动噪声测试，分析了直驱柱塞泵的压力流量特性和振动噪声特性。结果表明，直驱水压柱塞泵在中低压工况平稳运行，输出流量稳定，流量脉动率和振动噪声均较小。 最后，对全文的研究工作进行了总结，对进一步的研究提出了展望。