重载机械臂智能油源系统设计及其功率匹配控制

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随着重型工程机械领域的迅猛发展,对于广泛应用的重载机械臂系统在性能和效率等方面提出了越来越高的要求。液压油源装置作为重载机械臂系统中非常重要的一环,很大程度上决定了系统整体的驱动性能和能耗表现。因此,本文针对重载机械臂系统液压油源装置能量传递过程中,由于输入输出功率不匹配造成的能量损耗问题,从以下几个方面进行了研究工作:(1)介绍智能油源系统工作原理及总体方案。针对传统液压油源装置进行改进,引入功率匹配控制,介绍其工作原理。推导恒压工况下电机泵组系统内输出功率与转速、排量的关系,经过比较分析确定变转速-变量泵的电机泵组组合方式。对比多种转速、排量调节方案,采用由永磁同步电动机调节转速,由斜盘式轴向柱塞泵调节排量的复合控制方案。(2)进行智能油源液压系统方案设计。设计系统主要参数,绘制液压原理图,并阐述设计细节和特点。概述智能泵工作原理和设计方案,并完成实物测试。综合考虑多种因素,完成液压系统外购件选型采购。(3)进行智能油源电气系统方案设计。概述电气系统工作原理,梳理系统输入输出信号,绘制电气连接方案设计图。完成永磁同步电动机及驱动器选型,通过软件Cockpit配置驱动器及电动机。综合多方面因素,完成电气系统外购件选型采购。(4)进行智能油源控制系统方案设计。介绍控制系统工作原理,绘制控制原理图。对比不同控制器特点,确定DSP+PLC复合控制器组合,并完成选型。控制器间采用RS485串口通讯,制定通讯协议。概述系统转速控制原理,通过软件Cockpit完成参数整定。建立柱塞泵排量控制模型,简介智能泵排量控制原理,并完成控制性能测试。(5)制定智能油源系统功率匹配控制策略并进行实验验证。展示智能油源系统实物搭建成果。推导负载需求功率计算公式,设计分挡位功率匹配方案,理论分析影响斜盘式轴向柱塞泵、永磁同步电动机效率的因素。完成智能油源系统效率测试,并绘制系统效率趋势图。通过对比测量实验,设计不同挡位下转速-排量组合方案,最终确定具体的功率匹配控制策略并通过实验验证其有效性和稳定性。本文所做的研究对于重载机械臂液压油源装置的设计与改进有所帮助,可为同类重载液压驱动系统的设计优化提供参考。
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