液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 樁及樁工機(jī)械1</p><

2、p>　　1.1.1 樁基礎(chǔ)1</p><p>　　1.1.2 樁工機(jī)械1</p><p>　　1.2 電液比例控制技術(shù)概況2</p><p>　　1.2.1 電液比例控制技術(shù)的發(fā)展背景及特點(diǎn)2</p><p>　　1.2.2 電液比例控制系統(tǒng)的分類(lèi)3</p><p>　　1.2.3 電液比例

3、控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)4</p><p>　　1.3 選題背景及意義5</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)方案探討6</p><p>　　2.1 打樁過(guò)程落錘控制要求6</p><p>　　2.1.1 安全性要求6</

4、p><p>　　2.1.2 速度要求7</p><p>　　2.1.3 經(jīng)濟(jì)性要求7</p><p>　　2.2 泵控落錘系統(tǒng)方案計(jì)算7</p><p>　　2.2.1 泵控落錘系統(tǒng)液壓原理圖7</p><p>　　2.2.2 元件選型列表及驗(yàn)算9</p><p>　　2.2.3

5、 泵控落錘系統(tǒng)不合理性分析14</p><p>　　2.3 節(jié)流閥在自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)中的應(yīng)用15</p><p>　　2.3.1 節(jié)流閥工作原理15</p><p>　　2.3.2 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)與類(lèi)型15</p><p>　　2.3.3 節(jié)流閥的研究歷史成果16</p><p>　　2.4

6、 本章小結(jié)16</p><p>　　第3章 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.1 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容17</p><p>　　3.2 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)工作原理及組成17</p><p>　　3.2.1 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)17</p><p>　　3.2.2 電液比例控

7、制系統(tǒng)組成17</p><p>　　3.2.3 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖19</p><p>　　3.3 電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)選型19</p><p>　　3.3.1 電液比例節(jié)流閥的可行性分析19</p><p>　　3.3.2 電液比例節(jié)流閥計(jì)算選型20</p><p>　　3.3.3 電液比例

8、節(jié)流閥各部件說(shuō)明21</p><p>　　3.4 定差補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì)選型27</p><p>　　3.4.1 定壓補(bǔ)償控制器型號(hào)及說(shuō)明27</p><p>　　3.4.2 減壓閥剖面圖及功能分析27</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)基本參數(shù)的設(shè)定28</p><p>　　3.6 外環(huán)反饋所需元件

9、選型30</p><p>　　3.7 本章小結(jié)31</p><p>　　第4章 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)控制特性分析32</p><p>　　4.1 液壓系統(tǒng)控制特性分析與參數(shù)優(yōu)化32</p><p>　　4.1.1 液壓系統(tǒng)控制特性分析方法32</p><p>　　4.1.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)32&

10、lt;/p><p>　　4.1.3 液壓系統(tǒng)優(yōu)化步驟33</p><p>　　4.2 系統(tǒng)建模33</p><p>　　4.2.1 比例放大器建模33</p><p>　　4.2.2 電液比例節(jié)流閥的建模分析34</p><p>　　4.2.3 液壓馬達(dá)傳遞函數(shù)建立34</p><p

11、>　　4.2.4 速度傳感器傳遞函數(shù)36</p><p>　　4.2.5 系統(tǒng)的總傳遞函數(shù)36</p><p>　　4.3 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)仿真36</p><p>　　4.3.1 仿真軟件簡(jiǎn)介36</p><p>　　4.3.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)方程參數(shù)的計(jì)算與估計(jì)38</p><p>　　4.3.

12、3 傳遞函數(shù)的確定40</p><p>　　4.3.4 系統(tǒng)仿真結(jié)果分析40</p><p>　　4.4 本章小結(jié)43</p><p>　　第5章 經(jīng)濟(jì)性分析44</p><p>　　第6章 總結(jié)45</p><p><b>　　結(jié) 束 語(yǔ)46</b></p>

13、<p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p>　　附錄Ⅰ 電液比例節(jié)流閥技術(shù)資料48</p><p>　　附錄Ⅱ 比例減壓閥技術(shù)數(shù)據(jù)50</p><p>　　附錄Ⅲ 仿真程序51</p><p>　　附錄Ⅳ 仿真結(jié)果53</p><p>　　附錄Ⅴ 英文原

14、文55</p><p>　　附錄Ⅵ 中文譯文66</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　液壓打樁機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的樁工機(jī)械。針對(duì)打樁過(guò)程中斷樁這一工程實(shí)際問(wèn)題，論文提出了對(duì)落錘控制系統(tǒng)的要求。經(jīng)計(jì)算，文章得出傳統(tǒng)泵控落錘系統(tǒng)能量消耗很大的結(jié)論，需要對(duì)落錘控制系統(tǒng)另行設(shè)計(jì)研究。本文使用了電液比例節(jié)流閥來(lái)解決落錘控

15、制的問(wèn)題。根據(jù)電液比例節(jié)流閥的特點(diǎn)論證了解決問(wèn)題的可行性；分析了整個(gè)系統(tǒng)的工作原理，得出自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是控制回油管路中的最大流量的結(jié)論。電液比例節(jié)流閥的設(shè)計(jì)研究是自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的核心部分。通過(guò)對(duì)流量限制的分析，進(jìn)行了電液比例節(jié)流閥的選型；根據(jù)Rexroth Bosch公司所提供的技術(shù)數(shù)據(jù)，電液比例節(jié)流閥和減壓閥的靜態(tài)特性曲線等，論文對(duì)其中某些參數(shù)值進(jìn)行了設(shè)定；對(duì)電液比例節(jié)流閥每部分的工作原理作了介紹；根據(jù)電液比例節(jié)流閥的工作原

16、理與動(dòng)態(tài)微分方程，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性分析和計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真，并對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓打樁機(jī)；自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)；電液比例節(jié)流閥；動(dòng)態(tài)特性分析；計(jì)算機(jī)仿真</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Hydraulic pile driver is a widely uesd pilin

17、g machinery.To solving the actual project problem of pile broken during pile driving,we make requests to the control of drop-hammer.In this paper, we have caculated the energy consumption of traditional pump-control drop

18、-hammer system is very great,so we need to design and study the drop-hammer control system in other filed.In this paper,we use the electro-hydraulic proportional throttle control to solve the problem of drop-hammer.Accor

19、ding to the char</p><p>　　KEY WORDS：Hydraulic pile driver；Automatical drop-hammer control system；Electro-Hydraulic proportional throttle valve；Dynamic performance analysis；Computer simulation</p><

20、p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 樁及樁工機(jī)械</p><p>　　1.1.1 樁基礎(chǔ)</p><p>　　樁基礎(chǔ)是一種古老、傳統(tǒng)的基礎(chǔ)型式，也是一種應(yīng)用廣泛、發(fā)展迅速、生命力很強(qiáng)的基礎(chǔ)型式。遠(yuǎn)在中國(guó)的漢代(公元前200年)的橋梁建設(shè)者就使用了木樁。在英國(guó)，由羅馬人修建的橋梁工程及河濱住宅中有許多木樁

21、的實(shí)例。中世紀(jì)，在東安格里亞(East Anglia)沼澤地區(qū)修建的大修道院基礎(chǔ)中，用過(guò)橡木和赤揚(yáng)木樁[1]。樁基礎(chǔ)由基樁和聯(lián)接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成。它的特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）樁支承于堅(jiān)硬的（基巖、密實(shí)的卵礫石層）或較硬的（硬塑粘性土、中密砂等）持力層，具有很高的豎向單樁承載力或群樁承載力，足以承擔(dān)高層建筑的全部豎向荷載（包括偏心荷載）。</p><p>　?。?）樁基具有

22、很大的豎向單樁剛度（端承樁）或群剛度（摩擦樁），在自重或相鄰荷載影響下，不產(chǎn)生過(guò)大的不均勻沉降，并確保建筑物的傾斜不超過(guò)允許范圍。</p><p>　?。?）憑借巨大的單樁側(cè)向剛度（大直徑樁）或群樁基礎(chǔ)的側(cè)向剛度及其整體抗傾覆能力，抵御由于風(fēng)和地震引起的水平荷載與力矩荷載，保證高層建筑的抗傾覆穩(wěn)定性。</p><p>　　（4）樁身穿過(guò)可液化土層而支承于穩(wěn)定的堅(jiān)實(shí)土層或嵌固于基巖，在地震造

23、成淺部土層液化與震陷的情況下，樁基憑靠深部穩(wěn)固土層仍具有足夠的抗壓與抗拔承載力，從而確保高層建筑的穩(wěn)定，且不產(chǎn)生過(guò)大的沉陷與傾斜。常用的樁型主要有預(yù)制鋼筋混凝土樁、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土樁、鉆（沖）孔灌注樁、人工挖孔灌注樁、鋼管樁等，其適用條件和要求在《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中均有規(guī)定。 </p><p>　　1.1.2 樁工機(jī)械</p><p>　　圖1-1 樁工機(jī)械分類(lèi)</p>

24、<p>　　樁工機(jī)械分類(lèi)如圖1-1所示。</p><p>　　樁工機(jī)械主要用于各種樁基礎(chǔ)、地基改良加固、地下連續(xù)墻及其它特殊地基基礎(chǔ)等工程的施工。其主要特點(diǎn)：一是要面對(duì)各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，二是伴隨著各種地基施工工法的誕生而發(fā)展。目前各種基礎(chǔ)的施工方法有200余種，因此樁工機(jī)械是多品種、多規(guī)格型號(hào)、專(zhuān)用性較強(qiáng)、生產(chǎn)批量不大的一種建筑施工機(jī)械，主要包括預(yù)制樁施工機(jī)械和灌注樁施工機(jī)械兩大類(lèi)。</p&g

25、t;<p><b>　　液壓打樁錘發(fā)展現(xiàn)狀</b></p><p>　　液壓錘技術(shù)起源于六十年代，1964年荷蘭HBG公司(Hollcuds Betw Group)研究發(fā)展部開(kāi)始研究液壓錘,1965年試制成功了世界上第一臺(tái)液壓錘，1969年制成HBM型液壓錘，從60年代開(kāi)始，荷蘭IHC公司和HBH HYDROBLOK公司共同研制開(kāi)發(fā)了液壓錘。1976年，英國(guó)BSP公司研制成功1

26、0噸錘重的液壓錘，日本日立建機(jī)(株)公司買(mǎi)進(jìn)英國(guó)BSP公司的專(zhuān)利并于1979年試制成功，開(kāi)始投入實(shí)際使用，特別是1983年，液壓錘被建設(shè)者的“建設(shè)技術(shù)評(píng)定等級(jí)”所確認(rèn)，因此進(jìn)一步取得了普及推廣，70年代至80年代德國(guó)、前蘇聯(lián)、芬蘭、美國(guó)、瑞典等國(guó)家也先后制造了各種形式的液壓打樁錘。</p><p>　　目前液壓錘在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家被廣泛使用，并已形成系列化。許多公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了各種形式的液壓錘，典型的產(chǎn)品有：英國(guó)的BS

27、P系列、荷蘭IHC公司的SC系列、日本車(chē)輛公司的NH系列、日本日立公司的HNC系列、美國(guó)HPSI公司的MODEL系列、芬蘭JUNTTAN公司的HHK以及HHKA系列、日本常盤(pán)建機(jī)公司的TK系列等。國(guó)內(nèi)的液壓錘技術(shù)相對(duì)比較落后，目前還沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的廠家，我國(guó)建筑單位使用的液壓錘大多從其它國(guó)家進(jìn)口。國(guó)內(nèi)目前只有上海金泰公司等少數(shù)幾家單位和研究部門(mén)從日本等國(guó)家引進(jìn)液壓錘技術(shù)進(jìn)行消化吸收并試制生產(chǎn)。由于液壓錘與傳統(tǒng)打樁錘比較具有噪聲

28、小、無(wú)污染、無(wú)油煙飛散等特點(diǎn)，可以認(rèn)為是其為一種環(huán)保產(chǎn)品，符合日益提高的環(huán)保要求。同時(shí)采用了先進(jìn)可靠的控制技術(shù)使得液壓錘產(chǎn)品具有優(yōu)良的動(dòng)力學(xué)特性和可控制性。</p><p><b>　　液壓打樁錘特點(diǎn)</b></p><p>　　(1)作業(yè)面廣。適用于各類(lèi)土層和樁型，具有較好的打斜樁能力。如增加一個(gè)密封罩，還可用于水下打樁。</p><p>　

29、　(2)打樁效率高。一般比柴油錘和蒸氣錘可提高工效40%-50%。由于沖擊塊質(zhì)量高于其他樁錘，因而能使樁面獲得較大貫入度。</p><p>　　(3)無(wú)公害。不排出任何廢氣，噪聲和振動(dòng)均小于其他樁錘。</p><p>　　(4)可根據(jù)土質(zhì)情況及樁的強(qiáng)度隨時(shí)調(diào)節(jié)沖擊塊的行程，以控制樁錘的沖擊力，使打擊力峰值小，樁頂不易損壞。</p><p>　　(5)樁的打入精度高&

30、lt;/p><p>　　液壓打樁錘的主要缺點(diǎn)是：設(shè)備及施工費(fèi)用高，維修保養(yǎng)成本高，還需設(shè)置專(zhuān)用動(dòng)力源等。</p><p>　　1.2 電液比例控制技術(shù)概況</p><p>　　1.2.1 電液比例控制技術(shù)的發(fā)展背景及特點(diǎn)</p><p>　　1. 電液比例控制技術(shù)的發(fā)展背景</p><p>　　現(xiàn)代電液控制技術(shù)的發(fā)展追

31、溯到二次大戰(zhàn)時(shí)期。由于軍事需要，對(duì)武器和飛機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究取得了很大的進(jìn)步。戰(zhàn)爭(zhēng)后期，噴氣技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。由于噴氣式飛行器速度很高，因此對(duì)控制系統(tǒng)的快速性、動(dòng)態(tài)精度和功率一重量比都提出了更高的要求。工程需要是現(xiàn)代電液控制技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力1940年底在飛機(jī)上首先出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)，其滑閥由伺服電機(jī)拖動(dòng)，慣量很大，限制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。50年代初出現(xiàn)了高速響應(yīng)的永磁式力矩馬達(dá)。50年代后期又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為先導(dǎo)級(jí)的電液伺服閥

32、，使電液伺服系統(tǒng)成為當(dāng)時(shí)響應(yīng)最快、控制精度最高的伺服系統(tǒng)。60年代各種結(jié)構(gòu)的伺服閥相繼問(wèn)世，電液伺服閥技術(shù)已日臻成熟。60年代后期由于人們對(duì)工藝過(guò)程控制提出了更高的要求。現(xiàn)代電子技術(shù)特別是微電子集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為工程控制系統(tǒng)提供了充分而且廉價(jià)的現(xiàn)代電子裝置，各類(lèi)民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求更加迫切和廣泛。傳統(tǒng)的電液伺服閥對(duì)流體介質(zhì)的清潔度要求十分苛刻，制造成本和維修費(fèi)用較高，系統(tǒng)能耗也較大，難以為各工業(yè)用戶(hù)所接受。而傳統(tǒng)的開(kāi)

33、關(guān)控制又不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)的要求。因此，人們希望開(kāi)發(fā)出一種可靠、廉價(jià)、控制精度和響應(yīng)特性均能</p><p>　　2. 電液比例控制技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　電液比例控制是指用輸入的電信號(hào)來(lái)調(diào)制液壓參數(shù)，使之連續(xù)成比例的變化?？捎糜陂_(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行快速、穩(wěn)定和精確的控制。比例控制技術(shù)是在開(kāi)關(guān)技術(shù)和伺服控制技術(shù)之間的過(guò)渡技術(shù)。從控制特性看，更接近伺服控制系統(tǒng)；

34、從抗污染、可靠性和經(jīng)濟(jì)性看，更接近開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)。因此它兼有二者的許多優(yōu)點(diǎn)。具有控制原理簡(jiǎn)單、控制精度高、抗污染能力強(qiáng)、價(jià)格適中等特點(diǎn)，受到人們的普遍重視。它是在普通液壓閥基礎(chǔ)上，用比例電磁鐵取代閥的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)或普通電磁鐵，采用比例放大器控制比例電磁鐵，實(shí)現(xiàn)對(duì)比例閥連續(xù)控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)壓力、流量及方向的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。</p><p>　　它的最主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[2]：</p><p&

35、gt;　?。?）可明顯地簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)，減少液壓元件的使用，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜程序控制；</p><p>　?。?）利用電信號(hào)便于遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)自控、程控、遙控；</p><p>　　（3）工作平穩(wěn)，利用反饋可以提高控制精度或?qū)崿F(xiàn)特定的控制目標(biāo);</p><p>　?。?）能按輸入電信號(hào)的正負(fù)和數(shù)值大小同時(shí)實(shí)現(xiàn)液流的流量、壓力的比例控制，從而對(duì)執(zhí)行器件實(shí)現(xiàn)方向、速度和力的連續(xù)

36、控制，并易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；</p><p>　　（5）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件少，維護(hù)和保養(yǎng)方便；</p><p>　?。?）便于機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　電液比例控制的主要缺點(diǎn)是：與開(kāi)關(guān)控制相比，其成本較高，技術(shù)較復(fù)雜；與伺服系統(tǒng)相比，其控制精度低，組成的閉環(huán)系統(tǒng)易產(chǎn)生不穩(wěn)定的狀態(tài)。</p><p>　　1.2.2 電液比例控制系統(tǒng)的分

37、類(lèi)</p><p>　　電液比例控制技術(shù)是一種將微小的電信號(hào)按比例轉(zhuǎn)換為液壓功率輸出的電液轉(zhuǎn)換技術(shù)。是電液控制技術(shù)的一項(xiàng)新發(fā)展，是微電子技術(shù)與液壓技術(shù)的接口。電液比例控制系統(tǒng)的分類(lèi)見(jiàn)表1-1所示。</p><p>　　表1-1 電液比例控制系統(tǒng)分類(lèi)</p><p>　　1.2.3 電液比例控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)</p><p>　　電液

38、比例控制技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)外電液比例技術(shù)的研究始于本世紀(jì)四十年代，到七十年代投入了廣泛的工業(yè)應(yīng)用，至今己形成完整的產(chǎn)品品種、規(guī)格系列，并對(duì)己成熟的產(chǎn)品。液壓工業(yè)己成了全球性的工業(yè)，國(guó)際液壓界一些著名公司如美國(guó)的派克漢尼汾公司、德國(guó)的博世力士樂(lè)公司等居世界領(lǐng)先地位。電液比例控制的理論研究和技術(shù)的發(fā)展是液壓工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展的大趨勢(shì)，是液壓工業(yè)又一個(gè)新的技術(shù)熱點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)。</p>&

39、lt;p>　　對(duì)于電液比例控制技術(shù)，國(guó)內(nèi)外不僅己開(kāi)展研究而且已經(jīng)達(dá)到廣泛的實(shí)際應(yīng)用，但目前國(guó)內(nèi)的制造和技術(shù)還落后于國(guó)際水平。我國(guó)電液比例技術(shù)到七十年代中期開(kāi)始發(fā)展，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用、尤其在工程機(jī)械上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用才剛起步?？偟膩?lái)看，我國(guó)電液伺服比例技術(shù)與國(guó)際水平相比有較大差距，主要表現(xiàn)在：缺乏主導(dǎo)系列產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格雜亂，品種規(guī)格不全，各類(lèi)比例泵、比例閥等，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的品種少，并缺乏足夠的工業(yè)性試驗(yàn)研究;在控制技術(shù)方面，自動(dòng)化程度

40、不高，性能水平較低，質(zhì)量不穩(wěn)定，可靠性較差等，都有礙于該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大應(yīng)用，急待盡快提高。</p><p>　　電液比例控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　① 提高控制性能，適應(yīng)機(jī)電液一體化主機(jī)的發(fā)展。提高電液比例閥及遠(yuǎn)控多路閥的性能使之適應(yīng)野外工作條件，并發(fā)展低成本比例閥。② 比例技術(shù)與二通和三通插裝技術(shù)相結(jié)合，形成了比例插裝技術(shù)，此外出現(xiàn)比例容積控制，為中、大功率控制系統(tǒng)節(jié)能提

41、供新手段。③ 電子控制器向著專(zhuān)用集成電路方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)小型化、組合化，并達(dá)到高可靠性目的。④ 電液比例閥向通用化、模塊化、組合化、集成化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，降低制造成本，開(kāi)發(fā)變量泵控制專(zhuān)用電液比例閥，以及閥與泵的結(jié)構(gòu)性能匹配設(shè)計(jì)。⑤ 電液比例技術(shù)的主要基礎(chǔ)元件的相互銜接愈來(lái)愈密切，零部件通用化程度不斷提高。</p><p>　　1.3 選題背景及意義</p><p>　　液壓打

42、樁機(jī)打樁過(guò)程中，液壓錘要隨之下落。這個(gè)下落過(guò)程如果不加以控制，而恰巧此時(shí)樁發(fā)生了斷裂，就會(huì)產(chǎn)生極大的危害。</p><p>　　斷樁落錘問(wèn)題的危害：由于打樁過(guò)程中，液壓錘實(shí)際上是處于自由落體狀態(tài)，由樁來(lái)承接液壓錘周期性的沖擊。所以，在樁斷裂以后，液壓錘就自由落體直接沖向地面。第一，如果打樁機(jī)周?chē)腥?，可能?huì)對(duì)他們?cè)斐蓚?；第二，液壓錘從高空落下，對(duì)地面產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，會(huì)對(duì)周?chē)慕ㄖ镌斐蓳p壞；第三，由于力的作用

43、是相互的，地面對(duì)液壓錘也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，會(huì)對(duì)錘體結(jié)構(gòu)造成損害。因此，斷樁落錘問(wèn)題是對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)的重大威脅，必須予以解決。</p><p>　　解決斷樁落錘的傳統(tǒng)方法是液壓泵不停運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)液壓絞車(chē)抵抗液壓錘扭矩，使之緩慢落到地面上。但這種控制方法有一個(gè)很大的缺陷，就是泵要一直不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，所消耗的能量無(wú)疑是巨大的，因此，有必要重新對(duì)落錘控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。</p><p>　　結(jié)合電

44、液比例控制技術(shù)，我們可以設(shè)計(jì)新型的自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)。它是以電液比例節(jié)流閥為核心元件，結(jié)合壓差補(bǔ)償器——減壓閥，轉(zhuǎn)速傳感器，比例放大器等元件共同組成的高性能的控制系統(tǒng)。</p><p>　　選題的意義在于，電液比例控制技術(shù)在液壓打樁機(jī)中得到了新的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出來(lái)了能滿足要求的液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.4 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>

45、　　本論文主要圍繞液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，主要內(nèi)容包括：</p><p>　　1. 圍繞ZCY07型液壓打樁機(jī)落錘控制要求——從安全性、速度與控制方法等方面對(duì)系統(tǒng)提出要求。</p><p>　　2. 對(duì)傳統(tǒng)的泵控落錘系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)分析，并指出其不合理之處。</p><p>　　3. 研究設(shè)計(jì)新型自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)，并對(duì)電液比例節(jié)流閥進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。&l

46、t;/p><p>　　4. 液壓系統(tǒng)控制特性分析。主要針對(duì)電液比例節(jié)流閥的動(dòng)態(tài)特性列出傳遞函數(shù)方框圖，并進(jìn)行Simulink仿真。</p><p>　　第2章 液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)方案探討</p><p>　　2.1 打樁過(guò)程落錘控制要求</p><p>　　ZCY7/130型液壓打樁機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><

47、;p>　　錘體質(zhì)量 7 t</p><p>　　錘體最大下降高度 1.0 m</p><p>　　最大單次打擊能量 130 KN·m</p><p>　　打擊頻率 36-110 b/min</p

48、><p>　　液壓錘總質(zhì)量 16.5 t</p><p>　　整機(jī)重量 65 t</p><p>　　適應(yīng)鋼管樁 Ø300-Ø600 mm</p><p>　　2.1.1 安全性要求</p>

49、;<p>　　根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，打樁機(jī)在打樁過(guò)程中，樁受到的沖擊載荷非常之大，極易產(chǎn)生斷樁后果。而此時(shí)錘處于自由落體狀態(tài)，假設(shè)錘是在20 m的高度自由落體落下，則落在地面時(shí)的速度可以達(dá)到：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 ——重力加速度，??；</p><p>　　——錘自由落體前的

50、高度，取20 m。</p><p>　　在落地地面時(shí)，液壓錘的動(dòng)量：</p><p><b>　　（2-2）</b></p><p>　　式中 ——液壓錘的質(zhì)量，取16.5 t；</p><p>　　——落到地面時(shí)錘的速度，取19.8 m/s。</p><p><b>　　根據(jù)沖量

51、定理：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 ——沖量，；</p><p>　　——地面對(duì)液壓錘的反作用力，N；</p><p>　　——液壓錘從接觸地面到靜止所需要的時(shí)間，根據(jù)土壤的不同而定，在此，取0.05s；</p><p>　　

52、——液壓錘質(zhì)量，16.5 t；</p><p>　　——液壓錘落地時(shí)的速度，19.8 m/s；</p><p>　　——液壓錘落地時(shí)的動(dòng)量，。</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　這個(gè)作用力是非常大的，足以摧毀液壓錘的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，會(huì)造成重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。所以自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)起碼要是一

53、個(gè)安全的系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.2 速度要求</p><p>　　對(duì)于速度的要求，大體上有兩層含義：</p><p>　　1.對(duì)控制速度的要求，也就是反應(yīng)速度要快。</p><p>　　樁斷之后，液壓錘落到地面所需的時(shí)間為：</p><p><b>　?。?-5）</b></p

54、><p>　　這就需要反應(yīng)速度在4s之內(nèi)，而4s時(shí)間液壓錘已經(jīng)到了地面，就算是1s時(shí)間速度也會(huì)過(guò)大。最好控制系統(tǒng)速度的反應(yīng)時(shí)間為0s。</p><p>　　2. 液壓錘的運(yùn)動(dòng)速度。</p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，如果速度控制在1m/s，將不會(huì)有危險(xiǎn)。</p><p>　　2.1.3 經(jīng)濟(jì)性要求</p><p>　　市

55、場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。因此，需要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品以及所要使用的控制方法必須充分考慮其經(jīng)濟(jì)性，在產(chǎn)品符合性能要求的前提下，嚴(yán)格控制成本。</p><p>　　2.2 泵控落錘系統(tǒng)方案計(jì)算</p><p>　　由液壓絞車(chē)控制落錘，液壓泵必須源源不斷的對(duì)液壓絞車(chē)輸送能量，本節(jié)須計(jì)算出液壓錘以一定速度下落時(shí)，液壓泵輸出的總流量和電動(dòng)機(jī)消耗的總能量。當(dāng)液壓錘在所要求的速度范圍（1m/s）以?xún)?nèi)下落時(shí)

56、，對(duì)液壓絞車(chē)進(jìn)行選型分析。如果液壓錘的運(yùn)動(dòng)速度超出了規(guī)定范圍（≥1m/s）時(shí)，就必須對(duì)液壓絞車(chē)加以改造。</p><p>　　2.2.1 泵控落錘系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　1. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　?、?設(shè)計(jì)任務(wù)要求做出液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，在落錘過(guò)程中，泵需要一直不停地泵油，以抵抗液壓錘的反向力矩，所需要的力是很大的

57、。</p><p>　?、?在自動(dòng)落錘控制的液壓系統(tǒng)中，負(fù)載實(shí)際上就是液壓錘的重量，它是一個(gè)靜負(fù)載，大小和方向不發(fā)生變化。</p><p>　?、?液壓錘是上下直線運(yùn)動(dòng)，它是由絞車(chē)通過(guò)滑輪組帶動(dòng)的。因此，工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，需要液壓馬達(dá)來(lái)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)。</p><p>　　液壓系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示。</p><p>　　1.變量

58、泵 2.單向閥 3.手動(dòng)換向閥 4.梭閥</p><p>　　5.制動(dòng)器 6.液壓馬達(dá) 7.平衡閥 8.溢流閥 9.濾油器</p><p>　　圖2-1 液壓系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2．液壓控制系統(tǒng)原理圖分析</p><p>　　① 變量泵-定量馬達(dá)式容積調(diào)速回路</p><p>　　馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)

59、矩T和回路的工作壓力都由負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定，不因調(diào)速而發(fā)生變化，稱(chēng)為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速回路。</p><p>　　② 單向閥裝在泵的出口處，防止系統(tǒng)中的液壓沖擊影響泵的工作。</p><p>　?、?溢流閥作為安全閥用。</p><p>　　在變量泵調(diào)速系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度是靠變量泵自身流量變化，從而改變進(jìn)入油缸的流量來(lái)調(diào)節(jié)的。這時(shí)，并不存在多余的流量需要從溢流閥中流回油箱。這

60、里所裝的溢流閥只起安全保護(hù)作用，故稱(chēng)之為安全閥。作為安全閥使用的溢流閥，其調(diào)定壓力是系統(tǒng)所允許達(dá)到的最高壓力，即系統(tǒng)不破壞所允許超載的極限壓力，這個(gè)壓力比系統(tǒng)正常工作壓力略高。因此，安全閥與溢流閥的工作狀況不同，只有當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到調(diào)定的極限壓力值時(shí)，安全閥才開(kāi)始溢流，防止系統(tǒng)壓力過(guò)載。在系統(tǒng)正常工作過(guò)程中，安全閥始終關(guān)閉著。</p><p>　?、?梭閥（交替逆止閥）</p><p>

61、;　　制動(dòng)器使用梭閥連接在液壓回路中，無(wú)論液壓錘起升還是下降，制動(dòng)器液壓缸通過(guò)梭閥均進(jìn)入壓力油，使制動(dòng)器打開(kāi)。</p><p>　?、?平衡閥（溢流閥+單向閥）</p><p>　　平衡閥必須裝在重物下降時(shí)的回路上，當(dāng)重物下降時(shí)，平衡閥起限速作用，防止重物超速下降，避免發(fā)生事故；當(dāng)制動(dòng)器失靈或液壓管路破裂時(shí)，平衡閥又起液壓鎖作用，液壓馬達(dá)不會(huì)在重物作用下反轉(zhuǎn)，防止發(fā)生重物突然下降事故。所以

62、平衡閥又稱(chēng)限速液壓鎖。</p><p><b>　?、?三位四通換向閥</b></p><p><b>　　左位：液壓錘上升</b></p><p>　　右位：落錘控制狀態(tài)或液壓錘下降</p><p><b>　　中位：懸停</b></p><p>　　

63、2.2.2 元件選型列表及驗(yàn)算</p><p><b>　　1.液壓油</b></p><p>　　ZCY7/130型液壓打樁機(jī)要求的最重要的因素是液壓油液的粘度。油液粘度不宜過(guò)大，會(huì)造成液流的壓力損失和發(fā)熱大，使系統(tǒng)效率下降；粘度太小，泄露增大也影響系統(tǒng)效率。</p><p>　　溫度對(duì)液壓油粘度的影響極大，因此使用液壓油必須充分考慮當(dāng)?shù)氐?/p>

64、氣溫狀況，在湖南地區(qū)使用的液壓油牌號(hào)為YB-N68，其主要質(zhì)量指標(biāo)如如表2-1所示[3]：</p><p>　　表2-1 YB-N68抗磨液壓油主要質(zhì)量指標(biāo)</p><p>　　2.液壓絞車(chē)的選型的驗(yàn)算</p><p>　　本文選用的液壓絞車(chē)為：HLYJ4-50-250-20-ZPH，型號(hào)中的含義如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2

65、 液壓絞車(chē)型號(hào)說(shuō)明</p><p>　　液壓馬達(dá)型號(hào)為HGM6-800-D480101，型號(hào)中的含義如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 液壓馬達(dá)型號(hào)說(shuō)明</p><p>　　下面就每一參數(shù)是否滿足要求加以計(jì)算：</p><p>　?。?）液壓馬達(dá)工作壓力</p><p>　　確定液壓馬達(dá)工作壓力需要注意幾個(gè)

66、必要準(zhǔn)則：</p><p>　　表2-2 系統(tǒng)工作壓力</p><p>　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)壓力等級(jí)有分成更多的標(biāo)準(zhǔn)壓力系列如下：</p><p>　　表2-3 液壓系統(tǒng)及元件的公稱(chēng)壓力系統(tǒng)（GB/T 2346-1988）</p><p>　　注：1.表中數(shù)據(jù)的單位是Mpa。</p><p>　　2.括號(hào)內(nèi)公稱(chēng)壓力級(jí)

67、為非優(yōu)先選用級(jí)。</p><p>　　3.公稱(chēng)壓力超出100 Mpa時(shí)，應(yīng)按GB/T 312-1980《優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系》中R10數(shù)系選用。</p><p>　　可以暫時(shí)確定工作壓力為20 Mpa。</p><p><b>　?。?）鋼絲繩直徑</b></p><p>　　目前對(duì)鋼絲繩直徑的選擇普遍采用選擇系數(shù)法[4]，

68、鋼絲繩直徑不應(yīng)小于下式計(jì)算的最小直徑：</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　式中 S——鋼絲繩的最大工作拉力，為35 KN；</p><p>　　c——鋼絲繩選擇系數(shù)，取0.1.</p><p><b>　?。?）拉力計(jì)算</b></p><

69、p>　　ZCY7/130型液壓打樁機(jī)液壓錘總質(zhì)量為16.5t，在樁架上部的提錘裝置處設(shè)有1個(gè)滑輪組，共有兩個(gè)動(dòng)滑輪，5根鋼絲繩提起液壓錘。</p><p>　　因此，液壓錘卷?yè)P(yáng)機(jī)單繩拉力為：</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p>　　式中 G——液壓錘總質(zhì)量，取16.5t；</p><p

70、>　　而該型號(hào)絞車(chē)最外層拉力由下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　式中 D0——卷筒底徑，該絞車(chē)為400mm；</p><p>　　d——鋼絲繩直徑，為20mm；</p><p>　　F1——鋼絲繩第1層拉力，為50KN。</p><p>&l

71、t;b>　?。?）液壓錘扭矩</b></p><p><b>　　① 工作扭矩</b></p><p>　　工作扭矩是總扭矩的主要組成部分。可取液壓錘單繩拉力為3.5t。</p><p>　　則傳動(dòng)裝置的工作扭矩為：</p><p><b>　　（2-9）</b></p>

72、;<p>　　式中 F——液壓錘單繩拉力，取5t；</p><p>　　g——重力加速度，取9.8 ；</p><p>　　D——卷筒直徑，為400 mm。</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　?、?摩擦扭矩</b></p><

73、p>　　它包括工作機(jī)構(gòu)中的機(jī)械摩擦引起的摩擦阻力矩和液壓馬達(dá)內(nèi)部裝置引起的摩擦阻力矩兩部分，可分別用傳動(dòng)效率和液壓馬達(dá)的機(jī)械效率加以考慮。</p><p>　　可粗略地估計(jì)為，取0.15.</p><p><b>　?。∟ ?m）</b></p><p>　　液壓馬達(dá)在工作過(guò)程中的總負(fù)載扭矩，也就是液壓油使液壓馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩：</p

74、><p><b>　　（2-10）</b></p><p>　　式中： ——工作扭矩，為6860 N ?m；</p><p>　　——摩擦扭矩，為1029 N ?m；</p><p>　　M1——總負(fù)載扭矩。</p><p><b>　　（N ?m）</b></p>

75、<p>　　由于行星減速器傳動(dòng)比為5，則液壓馬達(dá)實(shí)際扭矩M為</p><p><b>　?。∟·m）</b></p><p>　?。?）液壓馬達(dá)的排量</p><p><b>　　液壓馬達(dá)排量為：</b></p><p><b>　?。?-11）</b>

76、</p><p>　　式中： M——液壓馬達(dá)總負(fù)載扭矩，為1578 N ?m；</p><p>　　——液壓馬達(dá)的工作壓力，取20 Mpa；</p><p>　　——馬達(dá)的機(jī)械效率，取0.8.</p><p><b>　　(ml/r)</b></p><p>　　選用的液壓絞車(chē)基本參數(shù)見(jiàn)表2-4

77、.</p><p>　　表2-4 液壓絞車(chē)基本參數(shù)</p><p>　　表2-5 絞車(chē)中液壓馬達(dá)基本參數(shù)</p><p><b>　　2.液壓泵選型驗(yàn)算</b></p><p>　　本論文選用80PCY14-1B型斜盤(pán)式軸向柱塞泵，其性能參數(shù)見(jiàn)表2-6。</p><p>　　表2-6 80PCY1

78、4-1B軸向柱塞泵性能參數(shù)</p><p>　?。?）液壓泵工作壓力</p><p>　　液壓泵的壓力等于系統(tǒng)壓力損失與執(zhí)行元件工作壓力之和，即：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　式中 ——液壓泵的最高供油壓力，Pa；</p><p>　　——液壓馬達(dá)的

79、最高工作壓力，Pa；</p><p>　　——系統(tǒng)進(jìn)油路的總壓力損失，取0.5 Mpa；</p><p><b>　　（Mpa）</b></p><p><b>　?。?）流量</b></p><p>　　流量計(jì)算包括液壓馬達(dá)的需油量和液壓泵的供油量。在理想情況下，這兩者應(yīng)當(dāng)是一樣的，但由于系統(tǒng)中不

80、可避免的泄露損失，因而液壓泵必須供應(yīng)更多的流量才能滿足液壓馬達(dá)的實(shí)際需要。在本液壓控制系統(tǒng)中，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)帶動(dòng)樁錘上下起落，只有一個(gè)執(zhí)行元件，為了保證最大工作速度和考慮到系統(tǒng)的泄漏，液壓泵的流量應(yīng)大于執(zhí)行元件最大速度時(shí)所需的流量。作業(yè)絞車(chē)以最高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)以最大速度運(yùn)行，作業(yè)絞車(chē)液壓系統(tǒng)所需的流量最大。</p><p><b>　?、?液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速</b></p>&

81、lt;p>　　假定液壓錘的最大下落速度為1m/s，并且已知卷筒直徑為D0=400mm，則液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速n為：</p><p><b>　?、?液壓馬達(dá)需油量</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　式中 V——液壓馬達(dá)排量，為803 ml/r；</p><

82、p>　　n——馬達(dá)轉(zhuǎn)速，為48 r/min；</p><p>　　——馬達(dá)容積效率，取0.8.</p><p><b>　　（L/min）</b></p><p><b>　?、?液壓泵的供油量</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p>

83、<p>　　式中 ——液壓泵流量，L/min；</p><p>　　K——系統(tǒng)的泄露系數(shù)，取1.1；</p><p>　　——液壓馬達(dá)的最大流量，對(duì)于工作過(guò)程始終用流量閥節(jié)流調(diào)速的，尚需系統(tǒng)加上溢流閥的最小溢流量，一般取2～3L/min，L/min。</p><p><b>　?。↙/min）</b></p>

84、<p><b>　　3. 電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　（1）液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率可由下式計(jì)算</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　式中 ——液壓泵的最大工作壓力，為Pa；</p><p>　　——液壓泵的最大流量，為/s；</p>

85、<p>　　——液壓泵的總效率，取0.85；</p><p><b>　?。↘W）</b></p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)泵的電動(dòng)機(jī)的功率為：</p><p><b>　　（2-16）</b></p><p>　　式中 ——電機(jī)功率，KW；</p><p>　

86、　——液壓泵驅(qū)動(dòng)功率，為104KW；</p><p>　　——游動(dòng)系統(tǒng)效率，，η為單滑輪效率，取0.97，Z為有效繩數(shù)，本系統(tǒng)Z=5，計(jì)算得=0.913；</p><p>　　——滾筒效率，取0.95；</p><p>　　——變速箱效率，取0.95.</p><p><b>　?。↘W）</b></p>

87、<p>　　本設(shè)計(jì)選用Y225S-4/B35型電動(dòng)機(jī)，功率為37KW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min。</p><p>　　2.2.3 泵控落錘系統(tǒng)不合理性分析</p><p>　　由以上的計(jì)算分析可知，以功率為37KW的電動(dòng)機(jī)一直運(yùn)行才能保證對(duì)落錘的控制，其間所消耗的能量是很大的；在工作過(guò)程中，油液會(huì)泄露損耗，必須及時(shí)補(bǔ)充同規(guī)格的油液，無(wú)疑在另一方面加重了成本；工作時(shí)，液壓錘起

88、停比較頻繁，導(dǎo)致該方案的控制性能得不到保證。所以必須另行設(shè)計(jì)液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)。</p><p>　　2.3 節(jié)流閥在自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　節(jié)流閥作為流量控制閥中最基本的類(lèi)型，是一種最常用的液壓控制元件。它在液壓系統(tǒng)中的使用極其普遍，液壓系統(tǒng)一般會(huì)使用一個(gè)節(jié)流閥來(lái)控制流量及執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度?？梢钥紤]節(jié)流閥容易實(shí)現(xiàn)速度控制的優(yōu)點(diǎn)，作為核心元件組成全液壓的自動(dòng)

89、控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓打樁機(jī)自動(dòng)落錘保護(hù)功能。</p><p>　　2.3.1 節(jié)流閥工作原理</p><p>　　節(jié)流閥是依靠改變通流截面積的大小或通流通道的長(zhǎng)短來(lái)改變液阻，控制通過(guò)閥的流量，達(dá)到調(diào)節(jié)執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)速度的目的。</p><p>　　圖2-4 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)</p><p>　　節(jié)流閥的工作原理見(jiàn)圖2-4。液流從進(jìn)油口流入經(jīng)節(jié)流口后，

90、從閥的出油口流出。本閥的閥芯3的錐臺(tái)上開(kāi)有三角形槽。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪1，閥芯3產(chǎn)生軸向位移，節(jié)流口的開(kāi)口量即發(fā)生變化。閥芯越上移開(kāi)口量就越大。因節(jié)流口有一定節(jié)流阻力，故液流經(jīng)過(guò)節(jié)流閥時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生一定的壓力降，以0.2MPa到0.5MPa為宜。</p><p>　　2.3.2 節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)與類(lèi)型</p><p>　　節(jié)流閥的流量與節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式與通流面的形狀有直接的關(guān)系，受到制造工

91、藝的限制，節(jié)流口的結(jié)構(gòu)形式主要有縫隙式、三角槽式、薄壁孔式三類(lèi)[5]。越接近于薄壁孔其節(jié)流性能越好；節(jié)流口通流面的水力半徑越大通流能力越好。因此，流量閥的節(jié)流孔力爭(zhēng)做成大水力半徑的薄壁孔。</p><p>　　從調(diào)節(jié)方式來(lái)看，節(jié)流閥可分為手調(diào)節(jié)流閥和電調(diào)節(jié)流閥，手調(diào)節(jié)流閥是節(jié)流閥的基本形式，也是節(jié)流閥誕生時(shí)的形式，隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，其各方面性能都有了很大的提高，結(jié)構(gòu)形式也趨于多樣化發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)疊加式節(jié)流閥等結(jié)

92、構(gòu)；電調(diào)節(jié)流閥主要產(chǎn)品是電液比例節(jié)流閥，很多電液比例節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)是在手調(diào)節(jié)流閥結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上融入電控比例調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)如比例電磁鐵等改造而成的。按功能和用途來(lái)分，節(jié)流閥可以分為單向節(jié)流閥、雙向節(jié)流閥、多路節(jié)流閥、調(diào)速閥等。</p><p>　　2.3.3 節(jié)流閥的研究歷史成果</p><p>　　國(guó)外各大公司，如Cameron公司、EEC司、FMC公司、WOM公司等在解決節(jié)流閥零部件使用可靠性方

93、面取得了重大突破，如Cameron公司將筒形閥板閥座改進(jìn)為兩塊圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)孔錯(cuò)位方式，防止了閥板震動(dòng)，提高了節(jié)流效果，減少了沖蝕磨損。又如EEC公司嵌裝硬質(zhì)合金套在結(jié)實(shí)的閥板上，避免了震斷閥桿等現(xiàn)象。國(guó)外在平板閥降低開(kāi)關(guān)力矩方面，閥板浮動(dòng)密封，防止閥腔帶壓，并采用記憶合金材料，可多次保證密封(EEC公司開(kāi)關(guān)閥板1500次)性能良好，解決了低壓密封技術(shù)關(guān)鍵。國(guó)內(nèi)外對(duì)節(jié)流閥的研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)都投入了大量的精力。美國(guó)的MASCO公司(在中國(guó)主要從事

94、鉆井、采油、地面設(shè)備及建設(shè)等項(xiàng)目)設(shè)計(jì)了MOV一多孔閥板型節(jié)流閥(Mufti Orifice Valve)。多孔閥板型節(jié)流閥是三種基本型節(jié)流閥中可靠性最高，性能最好的一種(相對(duì)于控制式節(jié)流閥及閥桿閥座式節(jié)流閥)。MOV產(chǎn)品采用范圍廣泛，尺寸從１"到6"，其制造標(biāo)準(zhǔn)滿足API， ANSI和NACE的要求。MOV產(chǎn)品近乎于線性的流體特性，使它非常適用于生產(chǎn)作業(yè)[6]。</p><p>　　本論文充

95、分利用節(jié)流閥控制流量，控制速度的特點(diǎn)，應(yīng)用于自動(dòng)落錘保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)其限速的目的。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章以ZCY07型液壓打樁機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，分析了自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的基本要求。并在普通絞車(chē)液壓原理圖的基礎(chǔ)上，驗(yàn)算了泵控落錘系統(tǒng)的參數(shù)及元件選型合理性，并指出了泵控落錘系統(tǒng)能量消耗大的缺陷。</p&g

96、t;<p>　　所以必須對(duì)液壓絞車(chē)的結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，本論文采用的是在液壓馬達(dá)回油路上加節(jié)流閥的方法，達(dá)到限制通流量，進(jìn)而限速的目的。</p><p>　　第3章 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容</p><p>　　從前一章我們可以得知，在落錘過(guò)程中，由液壓泵來(lái)控制液壓絞車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，繼而控制液壓錘的

97、運(yùn)動(dòng)，所消耗的能量、功率是很大的。解決問(wèn)題有兩個(gè)方法：其一是任其自由下放；其二是可以通過(guò)流量控制閥對(duì)流量加以控制，進(jìn)而控制液壓錘運(yùn)行速度。第一種方法在遇到樁斷的情況下，速度就會(huì)沒(méi)有限制，越來(lái)越大，最后會(huì)造成重大危害。因此，我們必須對(duì)液壓絞車(chē)加以改造，并對(duì)節(jié)流閥進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.2 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)工作原理及組成</p><p>　　3.2.1 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)&l

98、t;/p><p>　　本論文采用的是電液比例控制技術(shù)，首先需要對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。圖3-1為采用電液比例控制技術(shù)的自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖[7]。</p><p>　　圖3-1 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　上圖中，輸入的速度指令由電壓給出。比較器用來(lái)測(cè)量輸入和輸出速度間的速度偏差。輸出速度由反饋轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得，再反饋至主信道。系統(tǒng)輸入電壓指令與輸出速度反

99、饋電壓之間的速度偏差電壓通過(guò)比例放大器放大，經(jīng)電液比例節(jié)流閥轉(zhuǎn)換并輸出液壓能，帶動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)負(fù)載向著消除速度偏差的方向偏轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器的速度信號(hào)與輸入指令一致時(shí)，始終按輸入電壓指令給定的規(guī)律變化。</p><p>　　3.2.2 電液比例控制系統(tǒng)組成</p><p>　　電液比例控制系統(tǒng)，盡管其結(jié)構(gòu)各異，功能也不相同，但都可歸納為由功能相同的基本單元組成的系統(tǒng)，如圖3-2所

100、示。圖中虛線所示為可能實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，包含外了外反饋回路控制系統(tǒng)的才稱(chēng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，不包含外反饋的稱(chēng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。如果存在比例閥本身的內(nèi)反饋，也可以構(gòu)成實(shí)際的小閉環(huán)控制。但一般這不稱(chēng)為閉環(huán)系統(tǒng)[8]。</p><p>　　圖3-2 電液比例控制系統(tǒng)</p><p>　　組成電液比例控制系統(tǒng)的基本元件有:</p><p><b>　　1.指令元件<

101、/b></p><p>　　它是給定控制信號(hào)的產(chǎn)生與輸入的元件。也可稱(chēng)為編程器或輸入電路。在有反饋信號(hào)存在的情況下，它給出與反饋信號(hào)有相同形式和量級(jí)的控制信號(hào)。它也可以是信號(hào)發(fā)生裝置或程序控制器。指令信號(hào)可以手動(dòng)設(shè)定或程序設(shè)定。最常見(jiàn)的是手動(dòng)預(yù)置設(shè)定，運(yùn)行時(shí)用程序選通。</p><p><b>　　2.比較元件</b></p><p>　

102、　它的功用是把給定輸入與反饋信號(hào)進(jìn)行比較，得出偏差信號(hào)作為電控器的輸入。進(jìn)行比較的信號(hào)必須是同類(lèi)型的，比例電控器的輸入量為電量，因此反饋量也應(yīng)轉(zhuǎn)換成同類(lèi)型的電量。如遇到不同類(lèi)型的量作比較，在比較前要進(jìn)行信號(hào)類(lèi)型轉(zhuǎn)換，例如A/D或D/A轉(zhuǎn)換?；驒C(jī)一電轉(zhuǎn)換等。</p><p><b>　　3.電控器</b></p><p>　　電控器通常稱(chēng)作比例放大器。由于含在比例閥內(nèi)的

103、電磁鐵需要的控制電流較大(0-800mA)而偏差控制電流較小，不足以推動(dòng)電磁鐵工作。所以要對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，且偏差信號(hào)的類(lèi)型或形狀都不一定能滿足高性能控制的要求。電控器的作用是對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行加工、整形和放大，使達(dá)到電一機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置的控制要求。</p><p><b>　　4.比例閥</b></p><p>　　比例閥內(nèi)部又可分為兩大部分，即電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器及液壓

104、放大元件，還可能帶有閥內(nèi)的檢測(cè)反饋元件。電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它是電液接口元件。它把經(jīng)過(guò)放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成與其電量成比例的力或位移。這個(gè)輸出力或位移改變了液壓放大級(jí)的控制液阻，經(jīng)液壓放大作用，把不大的電氣控制信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載。這是整個(gè)系統(tǒng)的功率放大部分。</p><p><b>　　5.液壓執(zhí)行元件</b></p><p>　　通常指液壓缸或液壓馬達(dá)，它是系統(tǒng)的

105、輸出裝置，用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載。</p><p><b>　　6.檢測(cè)反饋元件</b></p><p>　　對(duì)于閉環(huán)控制需要加入檢測(cè)反饋元件。它檢測(cè)被控量或中間變量的實(shí)際值得出系統(tǒng)的反饋信號(hào)。檢測(cè)元件有位移傳感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等。檢測(cè)元件往往又是信號(hào)轉(zhuǎn)換器(例如機(jī)一電、機(jī)一液轉(zhuǎn)換)，用于滿足比較的要求。從框圖中可見(jiàn)，檢測(cè)元件有內(nèi)環(huán)和外環(huán)之分。內(nèi)環(huán)檢測(cè)元件通常包含在比例閥內(nèi)，用于

106、改善比例閥的動(dòng)、靜態(tài)特性。外環(huán)檢測(cè)元件直接檢測(cè)輸出量，用于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能和控制精度。</p><p>　　3.2.3 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　圖3-3 自動(dòng)落錘控制系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　與普通液壓絞車(chē)相比，系統(tǒng)的液壓原理圖（如圖3-3所示）在液壓絞車(chē)的回油路上加了一電液比例節(jié)流閥和減壓閥，其具體設(shè)計(jì)步驟如見(jiàn)下節(jié)。</

107、p><p>　　3.3 電液比例節(jié)流閥設(shè)計(jì)選型</p><p>　　3.3.1 電液比例節(jié)流閥的可行性分析</p><p>　　普通流量控制閥，其壓力和流量都是手動(dòng)調(diào)節(jié)的，在實(shí)際工作過(guò)程中，如需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，感到相當(dāng)不便。隨著自動(dòng)化的發(fā)展，近十幾年來(lái)發(fā)展一種新型的液壓控制閥——比例控制閥。它是一種按輸入的電氣信號(hào)連續(xù)地、按比例地對(duì)油液的流量進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥。與手動(dòng)

108、調(diào)節(jié)的普通節(jié)流閥相比，它能提高系統(tǒng)參數(shù)的控制水平。與電液伺服閥相比，它雖在某些性能方面遜色些，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，所以它被廣泛應(yīng)用于要求對(duì)液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)遠(yuǎn)距控制或程序控制，但對(duì)控制精度和動(dòng)態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。</p><p>　　60年代后期，各類(lèi)民用工程對(duì)電液控制技術(shù)的需求，顯得更加迫切與廣泛。但是，由于傳統(tǒng)的電液伺服閥對(duì)流體介質(zhì)清潔度要求十分苛刻，制造成本和維護(hù)費(fèi)用比較高昂，系統(tǒng)能耗也比較大，

109、難以為各工業(yè)用戶(hù)所接受，而傳統(tǒng)的電液開(kāi)關(guān)控制又不能滿足高質(zhì)量控制系統(tǒng)要求。電液比例控制技術(shù)，正是適應(yīng)開(kāi)發(fā)一種可靠、價(jià)廉、控制精度和響應(yīng)特性均能滿足工程技術(shù)實(shí)際需要的電液控制技術(shù)的要求，從60年代末迅速發(fā)展起來(lái)的。比例由表 可知，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，除比例元件具有中位死區(qū)之外，在滯環(huán)、重復(fù)精度等主要穩(wěn)態(tài)特性上已與伺服閥相當(dāng)，而工作頻寬又具有足以滿足大部分工業(yè)系統(tǒng)控制要求的相當(dāng)水平;在對(duì)介質(zhì)過(guò)濾精度要求、閥內(nèi)損失和價(jià)格方面，又接近與開(kāi)關(guān)閥。因

110、此，電液比例元件贏得了比電液伺服元件更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　表3-1 伺服、比例、開(kāi)關(guān)元件性能對(duì)照</p><p>　　電液比例控制技術(shù)的穩(wěn)態(tài)性能如滯環(huán)、重復(fù)精度、分辨率、非直線性等，與一般工業(yè)用電液伺服閥幾乎相當(dāng)，而動(dòng)態(tài)控制性能雖比電液伺服閥低，但比開(kāi)關(guān)控制技術(shù)要好得多，并且可滿足相當(dāng)多工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)要求。同時(shí)對(duì)油液的過(guò)濾精度要求不像伺服閥那樣苛刻，價(jià)格上也更具

111、優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　若將圖中的調(diào)節(jié)手把改成比例電磁鐵，普通節(jié)流閥就可以變成電液比例節(jié)流閥，比例電磁鐵通過(guò)推桿直接驅(qū)動(dòng)閥芯作軸向移動(dòng)，閥芯采用彈簧支撐及液壓力平衡的結(jié)構(gòu)，改變節(jié)流口通流通流截面積調(diào)節(jié)流量。因此，采用電液比例節(jié)流閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)落錘系統(tǒng)的控制是完全可行的，當(dāng)然其穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)特性將在下一章中進(jìn)行分析、仿真及研究。</p><p>　　3.3.2 電液比例節(jié)流閥計(jì)算選型<

112、;/p><p>　　1.電液比例節(jié)流閥的通過(guò)流量計(jì)算</p><p>　　電液比例節(jié)流閥的選型通常由系統(tǒng)中的最大流量決定。假設(shè)液壓錘以1m/s下落，第二章中已經(jīng)計(jì)算液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速n=48r/min，馬達(dá)排量為V=803ml/r，可知在自動(dòng)落錘過(guò)程中，液壓馬達(dá)可看作液壓泵，其流量為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

113、<p>　　考慮到公司產(chǎn)品型號(hào)限制和馬達(dá)可能超速等因素，所選節(jié)流閥流量應(yīng)大于這一數(shù)據(jù)。</p><p>　　2. 電液比例節(jié)流閥選型及說(shuō)明</p><p>　　本系統(tǒng)中，選用Bosch Rexroth公司的FESE16CA—2X100LK0B1M型電液比例節(jié)流閥[9]。型號(hào)說(shuō)明如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 電液比例節(jié)流閥型號(hào)說(shuō)明<

114、/p><p>　　3.3.3 電液比例節(jié)流閥各部件說(shuō)明</p><p>　　1.電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器（E-M轉(zhuǎn)換器）</p><p>　　所謂電一機(jī)械轉(zhuǎn)換元件是指：把經(jīng)過(guò)放大后的輸入電流信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換成機(jī)械量的裝置。其輸入是比例放大器的輸出電流信號(hào)(或電壓信號(hào))，輸出為機(jī)械力、力矩或位移信號(hào)，并以此去操作液壓閥的閥芯運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電液比例控制功能。作為電液放大器的前置級(jí)

115、，它的性能對(duì)整個(gè)元件的特性有十分重要的影響。它影響穩(wěn)態(tài)控制精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能、抗干擾能力、工作可靠性。</p><p>　　常用的有六種電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器：</p><p>　　即直流和交流伺服閥；步進(jìn)電機(jī)；動(dòng)圈式力馬達(dá)；動(dòng)鐵式力馬達(dá)；力矩馬達(dá)；比例電磁鐵。表3-2為各種電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器對(duì)比表：</p><p>　　表3-2 電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器對(duì)比表</p>

116、<p>　　本論文的電——機(jī)械轉(zhuǎn)換器選用的是比例電磁鐵，其作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械位移或力輸出，再通過(guò)機(jī)械聯(lián)接控制比例閥。輸出機(jī)械力較大，控制電流較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)油質(zhì)要求不高，維護(hù)方便，成本低廉，電液比例控制技術(shù)對(duì)比例電磁鐵的要求主要有:</p><p>　　（1）水平的位移一力特性:即在比例電磁鐵有效工作行程內(nèi)，當(dāng)線圈電流一定時(shí)，其輸出力保持恒定。</p><p>　?。?/p>

117、2）穩(wěn)態(tài)電流一力特性:即有良好的線性度，較小的死區(qū)和滯回。</p><p>　?。?）階躍響應(yīng)快，頻響高。</p><p>　　圖3-5所示為耐高壓直流比例電磁鐵的特性。通常的比例電磁鐵當(dāng)線圈電流給定時(shí)，在工作行程范圍II內(nèi)具有水平的位移力特性，但在氣隙接近于零的區(qū)域輸出力急劇上升，稱(chēng)為吸合區(qū)I，一般采用非導(dǎo)磁材料的限位墊片將其排除。當(dāng)氣隙過(guò)大時(shí)，輸出力明顯下降，稱(chēng)為比例電磁鐵的空行程區(qū)。