基于matlabsimulink的带钢卷取控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于matlabsimulink的带钢卷取控制系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

缸与电液伺服阀 8 相通，系统投入正常工作。 带材跑偏控制的伺服系统设计可以采用电液伺服系统，气液伺服系统和机液伺服系统。 机液伺服系统结构简单，制造成本低，维护方 便，抗污染能力强。 但是动态响应不高，频宽范围窄。 而气液伺服系统简单可靠，不怕干扰，但信号传递速度慢，且气动检测喷嘴开口较小，通常 30～ 60mm，检测器务必由支架伸出，装于距卷取机较远处。 电液伺服系统的优点是：信号传递快，反馈校正方便，光电检测器开口 (发射器与接收器间距 )可达一米，故可装于卷取机旁。 但系统复杂，易受干扰，须专人维护。 辅助液压缸有两个作用：第一个作用是在卷完一卷要切断带钢前将光电检测器从检测位置退出，而在卷曲下一卷前又能使检测器自动复位对准带边。 这样可以避免在换卷过程中损坏光电检测器；第二个作 用是在卷曲不同宽度的带钢时调节光电检测器的位置。 液控单向阀组可使伺服液压缸和辅助液压缸有较高的位置精度。 第 7 页 液压执行元件的选取 本系统的负载力由摩擦力和惯性力组成。 系统无弹性负载和外作用负载，是一个惯性负载位置系统。 根据主要设计参数计算系统技术参数如下： 负载力 F： (负载力由惯性力 aF 和摩擦力 fF 组成。 ) 由最大钢卷重量： 1M =15000kg， 卷取机移动部分质量： 2M =20xx0kg； 可得负载质量： tM =错误 !未找到引用源。 kg35000MM 21  负载重力： G=M*g=35000 =343000N 卷取跑偏误差 e177。 1～ 2） mm 移动距离 L=150 mm 最大摩擦力 fF =17 500 N 参考同类系统的实测数据确定的系统性能 系统频带宽度 f≥ 20 rad/s 最大工作速度 maxv = m/s 最大加速度 maxa = m/ 2s 其中惯性力按最大加速度考虑 aF =M* ma =35000=16450N （ ） 假定系统在最恶劣的负载条件 (摩擦力和速度都最大 )下工作，则总负载力 为 F= ft FF =16450+17500=33950N （ ） 综合考虑，系统的液压原理图可具体表示如下图： 第 8 页 图 液压原理图 系统中各元件的型号将在以下的章中涉及计算选择。 选取供油压力 sP 由于负载数值不大，卷取机为一般工业的地面设备，是低压系统，故取较低的供油压力 错误 !未找到引用源。 。 较低的供油压力，可以降低成本，减小泄露、减小能量损失和温升，同时可以延长使用寿命，易于维护。 液压缸的分析 (1)液压缸流量连续性方程 dtdP4VPCdtdxAQ LetLtpppL  （ ） 式中， pA — — 液压缸有效工作面积； tpC — — 液压缸总泄露系数； px — — 活塞位移； tV — — 总压缩容积； 第 9 页 e — — 有效体积弹性模量。 (2)液压缸的输出力与负载力的平衡方程 错误 !未找到引用源。 2p2tLp dtxdmPA 错误 !未找到引用源。 Lpspp FxKdtdxB  （ ） 式中， pA — — 液压缸有效工作面积； tm — — 活塞及负载折算到活塞上的总质量； pB — — 活塞及负载的粘性阻尼系数； sK — — 负载弹簧刚度； LF — — 作用在活塞上的任意外负载力。 伺服液压缸有效面积 pA 的计算 选择负载压力 LP =2/3p。 能源压力 sP =3． 92MPa，最大加速度： ma =，则有： pA =错误 !未找到引用源。 sfm P3/2 Fma  （ ） 本系统选用双杆活塞缸。 它的进出油口布置在缸 筒两端，两活塞杆的直径是相等的，因此，当工作压力和输入流量不变时，两个方向上输出的推力和速度是相等的。 由公式 ()知： pA =   = 2m 现确定液压缸缸直径及活塞杆直径。 因 pA =错误 !未找到引用源。 4 dD 22 ）（  ，取 D/d = 带入上式得 D= 按 GB/T234819935《液压缸缸内径和活塞杆直径系列》圆整为 D== 160mm， d==63mm，校核有效面积得： 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用 第 10 页 源。 4 22 ）（ = 2m （ ） 取 pA 错误 !未找到引用源。 = 错误 !未找到引用源。 ， 由于设计时己留有很大余量，所以满足要求。 缸筒壁厚的计算和外径计算 ][2/  DPy 式中，  — — 液压缸缸筒壁厚； yP — — 试验压力（ Mpa） ,工作压力 p≤ 16Mpa时， 错误 !未找到引用源。 MpapPy  ； D— — 液压缸内径（ m） 】【  — — 缸体材料的许用应力 （ Mpa） 得： 错误 !未找到引用源。 mm6 根据冶金液压缸外径系列可取得 D1= HSGL125/63E3801 型液压缸。 缸筒材料 因需要焊接故选用 35锻件。 液压泵是系统中的动力元件，其作用 是将原动力的机械能转换成工作油液的压力能。 它的基本参数包括压力、流量、转速、功率和效率等。 在进行动态分析时，主要研究泵的输出压力、输出流量随时间的变化规律及压力变化与流量变化之间的关系。 如果忽略泵的固有流量脉动的影响，对于定量泵来说，它的动态特性主要取决于泵的内、外泄露及压油腔油液的可伸缩性。 对于变量泵来说，除了上述两种因素外，动态特性在很大程度上取决于输出变量机构的调节特性。 选取泵及电机规格的选择直接关系到动力源的利用率，因此选泵及电机应选择最合适最节能的。 下面看一下动力源的节能问题。 实现流量适应控 制必须采用变量泵。 按实现变量的控制方式划分，有三种基本形式： 第 11 页 压力反馈式变量泵 流量感控制变量泵 恒压变量泵 所谓恒压变量泵就是指特性很硬，当输出流量在调节范围内调节时，其出口压力能做到几乎不变。 这种变量泵能获得压力变动限制在 以内的良好恒压特性。 泵出口压力能始终保持调定的压力值，响应快，几个执行元件可以同时动作。 综上所述，泵的选择可用恒压变量泵，其特点是流量损失小，响应快，并能保持压力变动在小限度内，这很适合伺服系统的需要。 泵及配套电机的选取 (1)确定泵的工作压力 PPPP  1 执行元件最大工作压力  PPPP 1 液压泵出口到执行元件入口间损失 (2)确定液压泵的流量 pq  max qKqp 其中 K的范围为 K=～ 根据经验值取 K= 所以 pq = =根据以上的参数选取的限压叶片泵为 YBXA16DDB20。 其中泵的主要参数如下： 流量 ( en =1500r/min)24L/min 驱动功率 电动机的选取 根据泵的驱动功率和转速选的电动机为： Y132S4 其电动机的主要参数为： 额定功率 (kw): kw 转速： 1440r/min 第 12 页 电流： 效率： % 功率因子： 联轴器的选取 选取的联轴器为 TL6 联轴器3219 5038JAZA。 的选取 溢流阀的选择 在液压系统中，用来控制流体压力的阀统称为压力控制阀，简称压力阀。 在液压系统中，溢流阀可作定压阀，用以维持系统压力恒定，实现远程调压或多级调压；做安全阀，防止液压系统过载；做制动阀，对执行机构进行缓冲、制动；做背压阀，给系统加载或提供背压；它还可与电磁阀组成电磁溢流阀，控制系统卸荷。 溢流阀可分为：直动式、先导式。 直动式稳态力平衡方程为 ： AxxkP /)( 0  () 式 中， P — — 进口压力（ Pa）； A — — 阀芯有效承压面积（ 错误 !未找到引用源。 ）； k — — 弹簧刚度（ N/m）； 0x — — 弹簧预压缩量（ m）； x — — 阀开口量（ m） 可以看出，只要保证 xx0时，可使 000 //)( CAKxAxxkP  ， 这就表明，当溢流量变化时，直动式溢流阀的进口压力是近于恒定的。 先导式稳态力平衡方程是 : A xxkAAA xxkP c cc )()( 0100  () 式中： k 0k AcA xcxc0 第 13 页 本系统中溢流阀作为安全阀用，故选取 DBDS10G10/10 型直动式溢流阀。 单向阀的选取 a. 单向阀的选择 分类，按进出口流道的布置方式可分为直通式和直角式两种，按阀芯的结构形式可分为钢球式和锥阀式。 “ S10A1 0”型单向阀，上海立新制造，工程直径 10mm，管式连接，最低开启压力。 本系统中单向阀安装于泵的出口，防止系统油倒流。 b. 液控单向阀 液控单向阀是只允许液流向一个方向流动，反向开启则必须通过液压控制来实现的单向阀。 它可以用作二通开关阀，也可以用作保压阀，用 两个液控单向阀开可以组成液压锁。 选 SL10GB130 型液控单向阀。 电磁换向阀的选用 电磁阀有滑阀和球阀两种结构。 本系统中电磁换向阀“ 4WE6J6/EW22050Z4”三位四通。 电液伺服阀的分析、选型 选择电液伺服阀时考虑以下因素： （ 1）供油压力 所选伺服阀的供油压力不得低于系统的供油压力。 （ 2）额定流量 选择伺服阀是要使阀的额定流量留有一定的余量。 （ 3）固有频率 伺服阀的 90 度相移频宽至少应为系统频宽的三倍。 选定伺服阀后，再选定与之配套供货的伺服放大器。 (1)电液伺服阀的静态特性 滑阀的静态特性即压力一流量特性，经推导与简化后得到四边滑阀的压力一流量特性方程 sQ =错误 !未找到引用源。 Lvs Pxsign )(PK xv  (3— 1) （ ） 式中，xvK= dC W/  ； LQ 为负载流量； LP 为负载压力； sP 为供油压力； vx 为阀芯的位移； dC 为流量系数；  为液体密度； W 为面积梯度。 第 14 页 (2)电液伺服阀的传递函数简化后的二阶近似传递函 错误 !未找到引用源。 )(soIQs）（ =）（ 12sKsvsvsv22 sv  （ ） 式中， svK — — 伺服阀的流量增益； sv — — 伺服阀固有频率； sv — — 伺服阀阻尼比； )(soQ — — 伺服阀空载流量； I — — 伺服阀输入电流。 将 sQ =K vx 带人，又由 I= uKa 整理得， uKKxsx2s axvvvsvsvsv2 2   vx （ ） 该式即为电液伺服阀输入电压与阀芯位移之间的关系方程。 根据负载匹配条件 伺服阀的工作压力为 : 1Lp =6 Mpa 伺服阀的供油压力为 : 2Lp =9 Mpa 伺服阀的负载流量为 : 错误 !未找到引用源。 pp1L  伺服阀的空载流量为 : 错误 !未找到引用源。 37Q L  选取 4WS2EM105X/30B11ET315K31EV（最后由频率检测得）。 频率的选 择：由系统的开环传递函数可知，跑偏控制系统为“ I”型系统对阶跃输入，不存在稳定位置误差，而系统对于幅度为 Vg=Vn(纠偏速度 )的等速输入是将产生稳态速度误差为 pu  （ ） 另外，伺服阀的死区电流和零漂电流也将产生系统的稳态位置误差，如果设定总的死区电流和零漂电流为 )(12 mAI  可得死区和零漂引起的位置误差大约为。 则系统总的稳态位置误差为 ，系统满足 mm1 的卷取精度要求。 第 15 页 球形截止阀 球形截止阀用来手动控制油路的通断，本系统采用了板式连接，用于蓄能器前。 滤油器的选择 过滤是目前应用最广泛的油液净化方法，其主要机制可归纳为阻截和吸附作用。 吸油滤油器 吸油滤油器的压差受液压泵吸油特性的限制使用中最大压差一般不大于。 压差过大，容易造成液压泵吸空而导致气蚀损坏。 因而吸油滤油器 一般采用 100~180 m 低精度滤芯。 本系统采用“ TF40 100”。 回油过滤器 回油滤油器承受的压力为回油路的背压，一般不超过 1Mpa，因而结构尺寸可适当的。