摘 要

数字液压技术的目的就是通过在短短几毫秒的时间内关闭或者打开液压阀来实现简单、快速、高效节能的性能。然而，流量大的液体具有很大的动能。在阀门关闭的短暂瞬间，动能会转化为极大的压力；与此同时，数字阀处产生了压降，进而产生了开关损耗。在大多数情况下，数字液压阀的开闭是由PWM信号控制的，因此，开关损耗占据了输入能量的一大部分。为了解决这个问题，液压控制系统将电气理论方面的相关知识转接到液压系统中。本文提出了与电力电子降压式变换器相对应的液压元件模型。电力电子转换器中包含了电阻、电容、电感、开关管S等等，与之对应的，在液压系统中我们采用了液阻、液容、液感^[1]、数字液压阀来代替它们，进而提出了一个液压零流量开关控制系统的想法。为了极大地降低压力脉动并且提高系统的效率，这篇文章提出零流量开关控制系统的方法来使得数字阀总是可以在零流量点处工作。为了获得周期性零流量点，该方法充分利用了柱塞泵的输出压力脉动并且利用液压谐振器将其输出流量转化为谐波流量。本文推导了液压谐振器的压力/流量响应关系，同时还建立了用来实现零流量开关控制的液压回路。仿真结果表明，在使用了零流量开关控制方法来驱动系统之后液压阀处的能量损耗为1.5瓦特，远远小于未使用零开关控制方法的系统中的液压阀处的能量损耗值150瓦特。因此，可以得出这样一个结论：零流量开关控制系统可以很好的解决压力脉动的问题并且还能降低数字液压系统中的能量损耗。

关键词：压力脉动、零流量开关控制系统、液容、液感

Abstract

The purpose of digital hydraulic technology is to achieve simple, fast and efficient energy saving performance by closing or opening the hydraulic valve in just a few milliseconds. However, the flow of liquid has a lot of kinetic energy. At a moment when the valve closes, the kinetic energy is converted to great pressure; at the same time, the voltage drop is generated at the digital valve, resulting in switching losses. In most cases, digital hydraulic valve opening and closing is controlled by the PWM signal, so the switching loss occupies a large part of the input energy. In order to solve this problem, the hydraulic control system will be related to electrical theory related to the transfer to the hydraulic system. This paper presents a hydraulic component model corresponding to a power electronic buck converter. Power electronic converter contains the resistance, capacitance, inductance, switch S, etc., and the corresponding, in the hydraulic system, we use the liquid resistance, liquid, liquid, digital hydraulic valve instead of them, and then put forward The idea of a hydraulic zero flow switch control system. In order to greatly reduce the pressure pulsation and improve the efficiency of the system, this article proposed a zero flow switch control system to make the digital valve can always work in the zero flow point. In order to obtain the periodic zero flow point, this method makes full use of the output pressure pulsation of the plunger pump and uses the hydraulic resonator to convert its output flow into harmonic flow. In this paper, the pressure / flow response of the hydraulic resonator is deduced, and a hydraulic circuit is designed to realize zero flow switch control. The simulation results show that the energy loss at the hydraulic valve is 1.5 watts after the zero flow switch control method is used to drive the system, which is much smaller than the energy loss of 150 watts at the hydraulic valve in the system that does not use the zero switch control method. Thus, it can be concluded that the zero flow switch control system can solve the problem of pressure pulsation and also reduce the energy loss in the digital hydraulic system.

Key words: pressure pulsation, zero flow switch control system, liquid capacity, liquid feeling

目录

第一章 绪论 1

1.1液压冲击现象 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本课题研究的意义 2

1.4研究的主要内容和创新点 2

第二章 零电流PWM软开关变换器 3

2.1引言 3

2.2软开关变换器发展过程 4

2.3功率二极管在软开关变换器中的作用 4

2.4电容、电感在软开关变换器中的应用 5

2.5基本Buck变换器 5

2.6 Buck ZCT PWM变换器的工作原理 7

第三章 液压零流量开关控制系统 12

3.1零流量开关控制方法 12

3.2液压谐振器 13

3.2.1液感 13

3.2.2液容 14

3.2.3液压谐振器输入压力和输出流量的计算 15

3.3零流量开关控制系统模型 16

3.3.1典型的数字液压回路 16

第四章 液压系统中各元件的选择 19

4.1轴向柱塞泵工作原理和性能特点  19

4.2单向阀 20

4.3二位二通电磁换向阀 20

4.4蓄能器的设计 21

4.4.1蓄能器介绍 21

4.4.2蓄能器的工作状态 22

4.4.3蓄能器的基本参数 23

4.5液压缸的设计 24

第五章 液压系统仿真 26

5.1零流量开关控制系统的操作 26

5.2仿真结果与分析 31

第六章 总结与展望 33

参考文献 34

致 谢 35

附录 36

第一章 绪论

1.1液压冲击现象

液压系统在突然发生换向或者停机、换速时，液压阀的阀口突然关闭时，都会导致高速流动的液体因惯性而产生巨大的高压，这种现象就被称为液压冲击^[2]。发生液压冲击的时候，系统的瞬时压力峰值会超过正常运行压力的数倍。压力过大会导致液压元件的损坏并且使得某些仪器的测量精度下降。发生液压冲击的时候还会导致液压系统的升温、振动、漏油等现象的发生。

产生液压冲击的原因如下：

1、液压阀口突然关闭

在系统正常运行的情况下，阀门开启时假设管路中的压力保持一定值，当液压阀突然关闭的时候，液压管中的油液会立刻停止运动，此时高速流动的油液的动能使得系统局部区域压力急剧增加，从而导致了液压冲击。液压冲击的实质内容是，液压管中的液体因为突然停止流动而导致动能瞬间转化为压力能。

2、高速运动的部件突然反向运动