摘要：汽车起重机是工程机械的重要品种之一,承担着起重与安装的重要任务,广泛应用于国家基础设施建设和水利工程建设等领域中。目前汽车起重机的液压系统普遍采用传统抗流量饱和负载敏感系统。随着人们对起重机定位精度、操控平稳性与微动特性、安全性及低能耗有更高的要求,传统抗流量饱和负载敏感系统因为其自身的机械机构特性,响应速度慢、稳定性差、能耗大等缺点逐渐凸显出来,传感器和控制器技术的发展使得以电控及阀口参数实时测量控制方式取代原有的硬件压力补偿功能得以实现。

本文以徐工XCT55t汽车起重机液压控制系统作为研究对象,在国家重点研发计划“工程机械用高压多路阀”课题三“泵阀协同压力流量复合控制型起重机多路阀”（2018YFB2001203）的资助下,提出一种泵阀协同压力流量复合控制液压系统。采用AMESim软件,建立传统抗流量饱和负载敏感液压系统仿真模型,并通过试验验证仿真模型的准确性。对起重机典型负载原理进行分析,提出一种以手柄开度信号为阈值的多模式控制策略,建立起重机泵阀协同压力流量复合控制液压系统AMESim仿真模型,搭建试验平台并进行试验验证新系统仿真模型的准确性,最后进行新旧液压系统能效特性对比分析。本课题的研究对工程机械尤其是汽车起重机的液压控制系统未来的发展趋势提供了理论支持和方向。论文的主要研究工作如下:

1、首先提出了本课题的研究背景及意义,然后介绍目前几种工程机械典型液压控制系统,包括负载敏感系统、抗流量饱和负载敏感系统、阀前补偿负载敏感系统、负流量控制系统和正流量控制系统。详述了电液控制系统的原理和国内外研究现状,针对目前工程机械液压控制系统存在的问题,最后确定了本课题研究的内容和方法。

2、分析目前使用在汽车起重机上的传统抗流量饱和负载敏感液压系统的工作原理,对传统抗流量饱和负载敏感液压系统的液压动力元件、液压控制元件、执行元件、油液以及容腔进行了详细的分析并建立仿真模型,然后建立传统抗流量饱和负载敏感液压系统AMESim总体仿真模型。搭建传统抗流量饱和负载敏感液压系统试验平台,进行试验验证了其仿真模型的准确性。

3、针对传统抗流量饱和负载敏感系统响应速度慢、稳定性差、能耗大等特性,提出泵阀协同压力流量复合控制液压系统并对工作原理进行分析,根据工作原理建立仿真模型。对起重机典型负载负载进行原理分析,针对起重机执行机构工作中的四个象限,提出基于模式切换的控制策略。在Simulink中搭建微动模式与复合动作模式下的控制算法模型,进行设置与编译,将Simulink算法模型导入AMESim模型中,建立AMESim/Simulink联合仿真模型。

4、根据新原理要求改造起重机22通径比例多路阀,将比例多路阀中压力补偿器去除,原LS压力传递管路封死,并购置双联电液比例泵,使其符合泵阀协同压力流量复合控制液压系统的控制要求。搭建多路阀试验平台并对工作原理进行介绍。根据控制策略选择力士乐BODAS控制器并对其进行介绍,根据试验具体要求编写控制程序。最后进行试验并验证泵阀协同压力流量复合控制液压系统仿真模型的准确性。

分别对起重机执行器运行的单动作微动模式、单动作快速运动模式和复合动作模式进行详细的分析与建模,并且对传统抗流量饱和负载敏感液压系统与泵阀协同压力流量复合控制液压系统的能效特性进行仿真。仿真结果表明,泵阀协同压力流量复合控制液压系统相较于传统抗流量饱和负载敏感液压系统没有了压力补偿器的节流损失,而且改进了控制策略,进一步降低了系统能耗。泵阀协同压力流量复合控制液压系统在变幅联单动作微动模式下系统能耗降低约2.74%,变幅联单动作快速运动模式下系统能耗降低约9.23%,变幅联和卷扬联复合运动模式下系统能耗降低约10.60%。