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中型推土机工作装置电液比例控制系统的研究

作　者: 梁巍
导　师: 刘长生
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 森林工程
关键词: 工程机械推土机工作装置电液比例控制模拟仿真
分类号: TU623.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电液比例控制技术,是在近30多年迅速发展起来的介于普通开关控制技术与伺服控制技术之间的新型电液控制技术分支。它是针对伺服控制存在的诸如功率损失大、对油液过滤要求苛刻、制造和维护费用高,而提供的快速性在一般工业设备中又往往用不着的情况研发出来的。电液比例控制技术具有对介质污染不敏感,控制原理简单,工作可靠,重复精度高,价格适中,成批产品的性能一致性好等优点。因而,电液比例控制技术受到人们普遍重视,也使该技术得到飞速发展。基于电液比例控制技术的特点,把此技术用在推土机工作装置自动控制上非常适合。随着科学技术的发展,人们对工程机械的要求越来越高,如操纵轻便、安全舒适等。但目前我国绝大多数推土机工作装置的升降,是由推土机司机手动操作进行。在作业过程中对推土机外负荷的变化完全凭人的感觉(视觉和听觉)预测,因而不可避免的存在较大的迟缓性和不确定性,从而导致推土机的作业效率较低,作业质量较差,操作人员的劳动强度大和使推土机使用寿命变短等缺陷。本课题的研究就是为了解决这一难题。文中综合分析了目前国内外在推土机自动控制方面的发展趋势,设计了一套从发动机转速、滑转率检测到控制工作装置自动升降的双通道控制系统,保证了推土机在不同的地面附着系数下都能实现工作装置自动控制。本文还阐述了该系统各组成部分(传感器、信号处理系统、控制器、执行器)的详细结构和设计方法。设计了控制器外围电路(时序电路、复位电路、电压电源电路)和有源滤波器外围电路。考虑到干扰的存在,设计出看门狗电路来实现抗干扰。研究了推土机工作装置的液压系统,在原有液压系统的基础上,并接了铲刀、松土齿电液比例自动控制系统,最终实现了推土机的铲刀和松土齿在不同工况下自动调节到合理的位置。最后,利用Mathworks公司的Matlab/Simulink软件对系统进行仿真,并提出了本设计进一步的改进方案和措施。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 我国推土机的发展概况  11-14
    1.2.1 我国推土机的发展历史  11-12
    1.2.2 我国推土机的生产现状  12
    1.2.3 我国推土机的技术状况  12-14
  1.3 国外推土机的技术概况  14-17
    1.3.1 计算机辅助铲土运输技术  14
    1.3.2 液压传动系统  14-15
    1.3.3 推土机定位系统与虚拟推土技术  15
    1.3.4 新技术与新结构  15-17
  1.4 我国推土机相对国外推土机的差距  17-18
  1.5 课题的提出  18-22
    1.5.1 课题的研究意义  18-19
    1.5.2 课题的分析  19-21
    1.5.3 课题研究的主要内容  21
    1.5.4 本课题所做的工作  21-22
2 推土机工作装置自动控制方案的分析  22-28
  2.1 引言  22
  2.2 自动控制系统控制信号的采集  22-25
    2.2.1 以力作为控制信号  22-23
    2.2.2 以速度作为控制信号  23
    2.2.3 以滑转率作为控制信号  23-25
  2.3 自动控制系统控制信号的算法  25-26
    2.3.1 计数法  25-26
    2.3.2 计时法  26
  2.4 本章小结  26-28
3 推土机工作装置自动控制系统电控单元的设计  28-50
  3.1 引言  28
  3.2 自动控制系统电控单元方案的设计思路  28-31
    3.2.1 发动机转速的检测  28-29
    3.2.2 履带滑转率的检测  29-31
  3.3 发动机转速信号的采集  31-35
    3.3.1 传感器的概述  31-32
    3.3.2 霍尔传感器  32-34
    3.3.3 传感器的选用  34-35
    3.3.4 传感器的安装  35
  3.4 发动机转速信号的处理  35-39
    3.4.1 有源滤波器的设计  36-38
    3.4.2 有源滤波器外围电路的设计  38-39
  3.5 控制器  39-40
  3.6 外围电路的设计  40-45
    3.6.1 时钟电路及时序  40-43
    3.6.2 复位电路的设计  43-44
    3.6.3 电源电压电路的设计  44-45
  3.7 执行器  45-46
    3.7.1 双外围正与驱动器CJ0151  45
    3.7.2 外围驱动的设计  45-46
  3.8 抗干扰处理  46-48
    3.8.1 硬件抗干扰简介  47
    3.8.2 基于MAX706的单片机UP监控电路的设计  47-48
  3.9 本章小结  48-50
4 推土机工作装置自动控制系统液控单元的设计  50-64
  4.1 引言  50
  4.2 比例控制技术  50-52
  4.3 电液比例阀  52-53
    4.3.1 电液比例阀的概述  52-53
    4.3.2 电液比例阀的特点  53
  4.4 比例电磁铁  53-58
    4.4.1 比例电磁铁的结构、工作原理  54-57
    4.4.2 比例电磁铁的分类  57
    4.4.3 电液比例电磁阀的选用  57-58
  4.5 推土机工作装置液压系统的改造设计  58-62
    4.5.1 原推土机工作装置的液压系统  58-60
    4.5.2 工作装置自动控制的液压系统  60-62
    4.5.3 原机的改造途径  62
  4.6 本章小结  62-64
5 控制系统模型的建立及特性分析  64-76
  5.1 引言  64
  5.2 数学模型的建立  64-72
    5.2.1 液压缸活塞杆行程对比例阀阀芯位移及外负载力的传递函数  65-68
    5.2.2 直动式比例电磁阀的传递函数  68-72
  5.3 系统特性分析  72-74
    5.3.1 衡量系统特性的控制指标  72
    5.3.2 系统稳定性检验  72-73
    5.3.3 系统的阶跃响应  73-74
  5.4 本章小结  74-76
6 结论与展望  76-78
  6.1 本文结论  76-77
  6.2 问题与展望  77-78
参考文献  78-84
附录:攻读硕士学位期间的主要学术成果  84-86
致谢  86

中型推土机工作装置电液比例控制系统的研究

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