论文总字数：20092字

摘 要

随着科学技术不断发展，工业需求也不断促进者液压行业的发展。传统的液压系统是通过液压油缸供给工作油液给发动机，从而使发动机带动液压泵进行转动，最终实现液压功能。这种液压系统过于简单，已不能满足我们对液压系统越来越高的需求。随着计算机技术日益进步，将数字技术与液压技术相结合的数字液压技术成为了未来的发展道路。数字液压技术不但可以减少人的工作量，使机器操作运转更加人性化，并且也可以增加操控的安全性。通过计算机控制，可以使机器本身对各种工作动作、工作环境进行探索，自主进行分析工况，从而进行判断、反馈，而不是全部依靠操作者手动操作控制，增加了行程准确性。

本课题主要研究数字液压技术。通过对于传统液压技术与数字液压技术的对比分析，讨论了数字液压技术的历史、国内外研究现状以及相比较传统液压技术，数字液压技术所具有的优越性。着重研究了几个目前取得广泛应用的数字液压元件：数字泵、数字缸、数字马达和数字阀。对于不同的数字液压元件的工作原理、类型以及优缺点等方面进行了分析。然后对于数字液压在挖掘机中的具体应用：动臂液压缸再生液压回路与控制系统的工作原理和优势等方面进行了研究分析。

关键词：数字液压 挖掘机 数字泵 数字缸 数字阀 动臂液压缸再生液压回路与控制系

Research on Application of digital hydraulic in excavator

Abstract

With the continuous development of science and technology, the demand of industry has promoted hydraulic industry. The traditional hydraulic system depends on the hydraulic oil cylinder to supply the engine so that the engine can rotate the hydraulic pump to work. This hydraulic system is not great enough to meet our increasing demand for hydraulic systems. With the development of computer technology, digital hydraulic technology which combines digital technology with hydraulic technology has become the guidance for moving forward. The digital hydraulic technology can not only reduce the workload of the human, make the operation of the machine more humane, and can also increase the safety of the operation. Through the computer control, the digital hydraulic technology can make the machine itself react to all kinds of behaviors, explore the conditions of working environment, independently analyze different cases. Then it will judge the condition, feedback to the operator rather than rely on manual operator’s control to work which increases the accuracy of the stroke.

This thesis mainly studies on the digital hydraulic technology. Through the comparison of the traditional hydraulic technology and digital hydraulic technology, it discusses the history of the digital hydraulic technology, research status in China and abroad and the advantages compared with traditional hydraulic technology. Several digital hydraulic components: digital pump, digital cylinder, digital motor and digital valve, are emphatically studied in this thesis. The working principle, types, the advantages and disadvantages of different hydraulic components are analyzed. Then it analyzes the concrete application of digital hydraulic pressure in excavator: the working principle and advantages of the hydraulic cylinder regeneration hydraulic cylinder and the control system has been studied in this thesis.

Keywords: digital hydraulic technology; excavator; digital pump; digital cylinder; digital valve; hydraulic cylinder regeneration hydraulic cylinder and the control system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 本论文的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本论文的主要内容 2

1.4 本论文的研究内容 2

第2章 数字液压元件 3

2.1 数字泵 3

2.1.1数字控制的实现途径 3

2.1.2 数字泵的类型 3

2.1.3 国外研究现状 7

2.1.4国内研究现状 7

2.2 数字液压缸 7

2.2.1数字液压缸的控制原理 8

2.2.1数字液压缸的数学模型 9

2.2.3 控制软件和测试结果 11

2.3 数字液压马达 13

2.3.1数字液压马达工作原理 13

2.4数字阀 14

2.4.1数字阀的发展 14

2.4.2 增量调制 15

2.4.4脉宽调制（PDM） 15

2.4.5数字阀的类型 16

2.4.6数字阀的特点 20

第三章 数字液压缸在挖掘机中的应用 21

3．1数字液压缸在挖掘机中的应用 22

3.2数字液压缸工作原理 22

3.3液压挖掘机动臂液压缸 24

3.3.1动臂液压缸再生液压回路与控制系统 25

3.3.2 动臂液压缸再生控制的优点 26

3.4 数字液压缸特点 27

第四章 总结与展望 28

4.1 总结............................................................28

4.2 展望............................................................29

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪 论

1.1 本论文的背景和意义

液压挖掘机是工业建设中的主要机械之一，其发展则主要以液压技术为基础，其结构主要包括工作装置、行走装置和回转装置三大部分，是一种多功能机械，其广泛应用于工业，水利工程、建筑、交通、矿山采掘等施工中。由于挖掘机的工作条件恶劣，工程动作复杂，因此液压系统的设计的要求很高。随着计算机技术和电子技术的不断进步，计算机控制技术和集成传感技术的蓬勃发展，传统的液压技术主要是结合自动化控制算法的开关控制、比例控制和伺服控制，具有结构复杂、可靠性不高、价格不菲，并且需要专业人员掌握等一系列问题，并不利于广泛的普及应用，这都为微电子技术和液压技术的结合创造了必要的前提条件。数字液压系统的突出优点有先进的控制技术、控制精度高、同步性能好、响应速度快、对油液的清洁度要求低，数字液压技术就是使庞大和复杂的硬件集成液压系统的所有功能，从而实现液压系统及元部件的数字化。总的来说，数字液压就是通过数字液压控制器，将数字动力元件通过数字控制元件传递给数字执行元件，从而使机器按照要求来完成作业任务。与传统液压技术相比，数字液压技术的整个系统以及元部件具有结构简单，制造工艺容易，制造成本低，操作控制方便等优点。并且数字液压技术的操作性能更佳，操作精准度更高，故障几率更低，并且能够完成多种传统液压难以完成的工作，而相比传统液压技术，数字液压技术将降低能耗，这也是数字液压技术具有广泛价值的重要因素之一。

1.2 国内外研究现状

中国的挖掘机生产起步较晚，而发达国家利用了电传动技术和流体传动技术完成了他们的工业革命，实现了自动化。相比较国外数字化控制早在上世纪八十年代就已经开始研究和应用，我国自1954年，抚顺挖掘机厂研发出第一台单斗挖掘机到现在，我国挖掘机研究生产则大概经历了测绘仿制、自主研制开发和提高发展这三个阶段。而国外则在继续不断深入对液压元件与系统方面的应用研究，液压系统也逐渐从传统开关型控制方式向数字式控制方向发展。例如数字液压缸的研制，国外早在上世纪六七十年代就开始了，1970年，德国力士乐公司研制出一种基于螺纹伺服机构的液压脉冲缸,1977 年，日本东京计器公司推出了一种电液脉冲缸，其原理是把丝杆装在活塞杆里，然后利用位置反馈，^[1]使活塞位置能够直接机械反馈到阀芯，这种数字液压缸结构简单，定位精度高，但是价格过于高昂，达不到工业应用的要求，因此无法普及。虽然国内研究人员对数字液压缸技术的研究起步于上世纪七十年代末，但是自从2002 年数字液压缸被纳入国家 “十五” 攻关项目后，一直在进行不断的研究与改善。

1.3 本论文的主要内容

按照液压传动系统中各个部分功能的不同，液压元件包括动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件。^[2] 为了使液压系统能够实现高效率、高速度、并且稳定可靠的数字化控制，把电子控制单元安装于传统泵、缸、马达或阀内，并将数字元件进行集成化处理，将电信号输入转换为液压输出的数字元件，就能够形成了各种不同功能的数字元件，比如数字泵、数字缸、辅助系统等。本文将主要讨论应用于液压挖掘机中的数字泵、数字缸、数字马达以及数字阀等元件。

1.4 本论文的研究内容

1.详细了解数字液压技术在国内外的发展历史以及研究现状

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