雙作用液壓缸的結構設計含開題報告及文獻綜述、任務書

雙作用液壓缸的結構設計含開題報告及文獻綜述、任務書,作用,液壓缸,結構設計,開題,報告,講演,呈文,文獻,綜述,任務書 任務書論文(設計)題目：雙作用液壓缸的結構設計工作日期：2016年12月12日 2017年05月26日1.選題依據(jù):液壓油缸是液壓傳動中將液體的壓力能轉換成機械能，實現(xiàn)往復直線運動或往復擺動的執(zhí)行元件，被廣泛應用于各種液壓機械設備中。液壓油缸的設計合理性直接影響整個液壓機械設備的的使用狀態(tài)，乃至整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行和生產(chǎn)的安全性。所以，液壓油缸的合理化設計具有重要的現(xiàn)實意義，完成本選題具用一定的實際意義，還可提高學生的實際工作能力和一定創(chuàng)新的能力。2.論文要求(設計參數(shù)):(1)選擇液壓缸的類型和各部分結構形式。 (2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結構尺寸。 (3)結構強度、剛度的計算和校核。 (4)導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計。(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書3.個人工作重點:該選題所要設計的是起重機液壓缸，重點解決的問題是：1、工作過程中常有的 能量損失（摩擦損失、泄露損失等）；2、液壓缸的活塞桿在油壓的作用下伸出或縮回時，經(jīng)常出現(xiàn)速度不均勻現(xiàn)象，并有時伴有振動和異響，從而引起整個液壓系統(tǒng)的振動，并帶動主機其它部件振動等。4.時間安排及應完成的工作:第1周：第1周：收集相關資料第2周：第2周：閱讀整理所收集資料第3周：第3周：撰寫開題報告初稿交指導老師修改 第4周：第4周：完成開題報告，并進行答辯第5周：第5周：雙作用液壓缸結構特點分析第6周：第6周：雙作用液壓缸總體方案設計第7周：第7周：雙作用液壓缸主要參數(shù)分和選擇第8周：第8周：雙作用液壓缸結構設計-繪制裝配圖第9周：第9周：雙作用液壓缸結構設計-修改裝配圖第10周：第10周：繪制雙作用液壓缸零件圖第11周：第11周：繪制雙作用液壓缸零件圖第12周：第12周：撰寫雙作用液壓缸說明書第13周：第13周：撰寫雙作用液壓缸說明書第14周：第14周：翻譯外文資料第15周：第15周：準備答辯材料5.應閱讀的基本文獻:1 黎啟柏.液壓元件手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1992.124-159 2劉會國.雙作用伸縮式液壓缸J.液壓與氣動J，2003（09）.62 3吳興奎.一種高可靠的新結構多級套筒液壓缸J.液壓與氣動J，20039（03）.3 4鄧飄,邱義,張寶生.液壓缸行程檢測技術研究現(xiàn)狀J.液壓與氣動，2008.15-34 5于貴文，臧克江，林晶雙作用多級液壓缸的設計J中國工程機械學報，2007，5(4)：35-366卜慶建. 雙作用多級液壓缸的設計J. 機械工程師, 2007(6):139-141.7徐正保. 多級套筒伸縮式雙作用油缸設計與研究J. 機械工程與自動化, 2007(2):171-172. 8孫曉林, 王婷. 一種新穎實用的雙作用多級液壓缸J. 液壓與氣動, 2007(4):60-60. 9張悅. 雙作用多級液壓缸優(yōu)化設計探討J. 時代農機, 2016(3):54-54.10沈姝君, 董勇. 活塞桿實心制式雙作用多級液壓缸的設計J. 液壓與氣動, 2013(5):122- 124.指導教師簽字：XX教研室主任意見：同意簽字：賈衛(wèi)平 2017年01月03日教學指導分委會意見：同意簽字：賈衛(wèi)平 2017年01月03日 學院公章進度檢查表第-4周工作進展情況師生見面；完成畢業(yè)論文的選題(雙作用液壓缸的結構設計)；教師輔導 液壓缸相關文獻的查閱方法；開題報告、文獻綜述的寫法指導2017年01月03日指導教師意見選定題目，明確任務，抓緊查閱、閱讀文獻，盡快完成開題報告。指導教師(簽字)：XX 2017年03月13日第-1周工作進展情況開題答辯；雙作用液壓缸結構設計開題報告的修改；開題報告的審閱和上傳2017年01月03日指導教師意見說明雙作用液壓缸的功能和結構特點，開題報告格式需要修改。指導教師(簽字)：XX 2017年03月13日第 4周工作進展情況閱讀相關文獻，對雙作用液壓缸進行結構特點分析，擬定若干結構方案，比較方案的優(yōu)缺點并選出一個最佳方案。2017年03月09日指導教師意見工作進展按計劃進行，抓緊進行下一步工作，重點結構設計和計算。指導教師(簽字)：XX 2017年03月13日第 8周工作進展情況根據(jù)擬定參數(shù)，查閱手冊及文獻，進行雙作用液壓缸具體的結構設計；繪制液壓缸零件圖、裝配圖；繪制液壓缸三維圖2017年05月22日指導教師意見進行雙作用液壓缸具體的結構設計；繪制液壓缸零件圖、裝配圖；繪制液壓缸三維圖指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日第 10周工作進展情況查閱手冊及相關文獻，對液壓缸尺寸進行相關計算并進行強度校核；修改液壓缸的零件圖、裝配圖2017年05月22日指導教師意見對液壓缸尺寸進行相關計算并進行強度校核；修改液壓缸的零件圖、裝配圖指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日第 12周工作進展情況編寫設計說明書，翻譯外文文獻，修改液壓缸二維圖，修改論文的格式。2017年05月22日指導教師意見.指導教師(簽字)：XX 2017年05月23日過程管理評價表評價內容具體要求總分評分工作態(tài)度態(tài)度認真，刻苦努力，作風嚴謹32遵守紀律自覺遵守學校有關規(guī)定，主動聯(lián)系指導教師,接受指導32開題報告內容詳實，符合規(guī)范要求54任務完成按時、圓滿完成各項工作任務43過程管理評分合計11 過程管 理評語 在整個畢業(yè)設計的過程，XX同學態(tài)度端正，學習也比較認真，時間安排也很合理，能按時與指導教師溝通，不存在無故早退或遲到的情況。能基本在每個階段完成相應的任務，做到時間上前緊后松。王壯興同學在整個畢業(yè)設計過程中對每種觀點、理論能追本求源，態(tài)度認真誠懇；對于設計中涉及到的各種知識都積極主動學習，刻苦努力，作風嚴謹。設計中基本能自覺遵守學校有關規(guī)定，除了能積極響應指導教師的響應外，能主動以線上、線下等各種方式聯(lián)系指導教師，與指導教師認真交流討論，虛心接受教師指導，并能認真做好筆記。該生開題報告符合規(guī)范要求，內容全面詳實。工作計劃制訂合理，能按時圓滿的完成各階段各項工作任務。指導教師簽字:XX日期:2017-05-22指導教師評價表評價內容具體要求總分評分選題質量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿54能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力53完成質量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)107指導教師評分合計14 指導教 師評語 畢業(yè)設計針對雙作用液壓缸開展機構設計工作，選題符合機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)方案要求，符合機械工程卓越工程師培養(yǎng)目標，有較強的研究價值、實踐意義。畢業(yè)設計以autocad等為 工具，實現(xiàn)了預期設計任務，深度、難度適宜，設計工作量基本滿足要求。設計方案基本合理，過程分析尚可，計算基本正確，較好地解決了現(xiàn)實生產(chǎn)生活工作中對該內容的需求。圖紙符合國家標準要求，論文格式基本正確，書寫規(guī)范，條理清晰，語言流暢。英文摘要和外文翻譯能做到語言基本流暢，基本完整表達原文意思。畢業(yè)設計表明，該生獨立工作能力尚可，在設計過程中表現(xiàn)出對所學理論知識有較深入的理解，基本能綜合運用來解決具體工程實際問題。 同意該生參加畢業(yè)設計答辯。指導教師簽字:XX日期:2017-05-27評閱人評價表評價內容具體要求總分評分選題質量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿54能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力53完成質量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)106評閱人評分合計13 評閱人 評語 XX同學畢業(yè)設計題目是：雙作用液壓缸的結構設計，選題來自生產(chǎn)實踐，因而具有一定的實際意義；所涉及的設計內容符合我校培養(yǎng)目標要求；選題有深度和難度適中，工作量比較飽滿；選題創(chuàng)新性不足。從設計的結果看，該生能較好地運用所學知識解決實際問題，中外文表達能力語文比較流暢，檢索了一定數(shù)量的參考文獻，應用計算機繪圖，圖紙中有內容還不規(guī)范，有的結構工藝性考慮不周。論文選題與內容相符合，概念基本準確，文中有分析、計算，計算結果基本正確，論文結論明確；論文結構層次比較分明，撰寫格式基本符合要求，有不當之處要按要求修改。同意參加答辯。評閱人簽字：辛士珍評閱人工作單位：機械工程學院日期：2017-05-23答辯紀錄 學生姓名：XX專業(yè)班級：XX 畢業(yè)論文(設計)題目： 雙作用液壓缸的結構設計答辯時間：2017年05月24日 時 分 時 分答辯委員會(答 主任委員(組長)： XX辯小組)成員委員(組員)： XX XX答辯委員會(答辯小組)提出的問題和答辯情況問題1：作品的用途是什么回 答： 可用于工程機械，如叉車、吊車等。問題2：油缸所能實現(xiàn)的最大載荷是多少？回 答： 油缸所能實現(xiàn)的最大載荷是160kN；油缸所能承受的最大壓力是20MPa。問題3：確定壓力的依據(jù)是什么？回 答： 由實際應用的額定載荷確定額定壓力。問題4：緩沖功能如何實現(xiàn)？回 答： 當活塞運行至缸底時，左半部分缸內體積逐漸減小，由于油液只能從節(jié)流閥小孔流出，故降低了活塞桿的速度，減小了對缸底的沖擊。問題5：都做了哪些計算？回 答： 對各個結構（如活塞桿、缸體壁厚等）進行了尺寸計算，并進行了相應的校核。問題6：過載時是否缸壁會破裂？是否進行校核？回 答： 為防止油缸脹裂，可以在適當位置加設安全閥。已經(jīng)對缸筒壁厚進行校核。記錄人： XX2017年05月24日答辯委員會評價表評價內容具體要求總分評分自述總結思路清晰,語言表達準確,概念清楚,論點正確,分析歸納合理108答辯過程能夠正確回答所提出的問題,基本概念清楚,有理論根據(jù)108選題質量符合培養(yǎng)目標要求,有一定的研究價值和實踐意義,有一定的開拓性、創(chuàng)新性,深度、難度適宜,工作量飽滿54完成質量文題相符,概念準確,分析、論證、計算、設計、實驗等正確合理,結論明確；論文結構、撰寫格式、圖表等符合基本規(guī)107能力水平有較強的綜合運用知識能力、科研方法運用能力、中文表達與外語應用能力、文獻資料檢索能力、計算機應用能力106答辯委員會評分合計33 答辯委員會評語 XX同學在畢業(yè)設計工作期間，工作努力，態(tài)度比較認真，能遵守各項紀律，表現(xiàn)一般。 能按時、全面、獨立地完成與畢業(yè)設計有關的各環(huán)節(jié)工作，具有一定的綜合分析問題和解決問題的能力。 論文立論正確，理論分析無原則性的錯誤，解決問題方案比較實用，結論正確。 論文使用的概念正確，語句通順，條理比較清楚。 論文中使用的圖表，設計中的圖紙在書寫和制作時，能夠執(zhí)行國家相關標準，基本規(guī)范。 能夠獨立查閱文獻，外語應用能力一般，原始數(shù)據(jù)搜集得當，實驗或計算結論準確可靠。 答辯過程中，能夠簡明地闡述論文的主要內容，回答問題基本正確，但缺乏深入地分析。答辯成績： 33答辯委員會主任：XX2017年05月27日成績評定 項目分類成績評定過程管理評分11指導教師評分14評閱人評分13答辯委員會評分33總分71成績等級C成績等級按“A、B、C、D、F”記載成績審核人簽章： XX學院審核人簽章： XX一、 選題依據(jù)1.設計題目 雙作用液壓缸結構設計2.研究領域液壓系統(tǒng) 3.論文（設計）工作的理論意義和應用價值液壓傳動技術不僅用于傳統(tǒng)的機械操縱、助力裝置，也用于機械的模擬加工、轉速控制、發(fā)動機燃料進給控制，以及車輛動力轉向、主動懸掛裝和制動系統(tǒng)。同時， 也擴展到航空航天和海洋作業(yè)等領域。而液壓油缸是液壓傳動中將液體的壓力能轉換成機械能，實現(xiàn)往復直線運動或往復擺動的執(zhí)行元件，被廣泛應用于各種液壓機械設備中。液壓油缸的設計合理性、制造質量，直接影響整個液壓機械設備的的使用狀態(tài)， 乃至整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運行和生產(chǎn)的安全性。所以，液壓油缸的合理化設計具有重要的現(xiàn)實意義。4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。4.1 國內概況 隨著科技迅猛發(fā)展，市場對雙作用液壓缸提出了更多要求，如提升工作效率、提高產(chǎn)品穩(wěn)定性、節(jié)能環(huán)保性、延長使用壽命、控制/監(jiān)測的自動化和智能化等。企業(yè)必須提高自主創(chuàng)新能力，更好、更快地轉化科技成果，進行技術升級，并賦予產(chǎn)品更高的技術附加值，才能在市場競爭中立穩(wěn)腳跟。目前，行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)以下特點。 節(jié)能化，中國是世界上單位產(chǎn)值能耗最高的國家之一，能源利用效率比先進國家約低l0左右，以能源經(jīng)濟效率指標來衡量，單位產(chǎn)品能耗比發(fā)達國家高2080， 節(jié)能是中國能源戰(zhàn)略和政策的核心。雙作用液壓缸作為執(zhí)行元件，又屬于摩擦件，在整個液壓系統(tǒng)節(jié)能上起到關鍵作用，因此開發(fā)節(jié)能型、輕量化、小型化液壓缸產(chǎn)品是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。 環(huán)保型，目前，液壓缸的傳導介質均為液壓油，液壓油在使用過程中無法避免泄漏和揮發(fā)，對環(huán)境會造成一定影響。因此，開發(fā)新型水介質或混合介質液壓缸將成為未來的發(fā)展方向。 新材料、新技術隨著市場對液壓缸壽命、性能和穩(wěn)定性方面的要求越來越高，液壓缸新材料和新技術方面的研究受到廣泛關注。目前，液壓缸的材料主要是鋼材，今后要向合金鋼、鋁合金、陶瓷以及合成有機高分子材料等方向發(fā)展。 提升計算機輔助技術應用水平計算機輔助設計主要內容包括 CAD 計算機輔助設計、CAM 輔助制造技術、CIMS 集成制造系統(tǒng)、自動監(jiān)控、自動調節(jié)工況、變頻技術應用、故障診斷分析等。通過計算機技術進行產(chǎn)品的研究開發(fā)、設計、加工制造、試驗、使用等，可以提高產(chǎn)品的設計速度和加工水平，滿足用戶的要求。將計算機輔助設計技術應用于液壓缸設計，將提升液壓缸設計的科學性和制造的自動化水平。 4.1 國外概況 液壓缸的高、低速性能及密封件的壽命是評價其優(yōu)劣的重要指標。各國通過改進工藝等措施，大大提高了液壓缸的性能。超高性能的液壓缸不斷出現(xiàn)，最低速度幾乎為零、最高速度可超過 1500 毫米/秒，工作溫度擴大到-60 200。另外，超大型液壓缸的生產(chǎn)日益增多。缸徑超過 1.8 米、長度超過 30 米、噸位達萬噸以上的液壓缸均已出現(xiàn)。微型液壓缸的發(fā)展也十分引人注目。目前直徑 4 毫米左右的液壓缸已經(jīng)形成系列產(chǎn)品。 與此同時，液壓缸的新產(chǎn)品和新結構陸續(xù)出現(xiàn)。如帶位置反饋的電液伺服缸、自鎖液壓缸、鋼索式液壓缸等。液壓缸的另一個發(fā)展趨勢是復合化，將泵、閥等元件與缸組成一體，結構緊湊，使用方便。隨著自動化技術的發(fā)展，除伺服缸外，近年來又出現(xiàn)了電液步進缸和點位液壓缸。 4.3 發(fā)展趨勢 液壓油缸也是基于以密閉容器中的靜壓力傳遞力和功率這一原理實現(xiàn)工作目的的。目前以其可實現(xiàn)大范圍的無級調速、體積小、質量輕、結構緊湊、慣性小，易于實現(xiàn)自動化、過載保護以及良好的標準化、系列化、通用化特點廣泛應用工程領域。當前正繼續(xù)向著以下幾個方面發(fā)展： (1)節(jié)能 近年來，由于世界能源的緊缺，各國都把液壓傳動的節(jié)能問題作為液壓技術發(fā)展的重要課題。20 世紀 70 年代后期，德、美等國相繼研制成功負載敏感泵及低功率電磁鐵等。最近美國威克斯公司又研制成功用于功率匹配系統(tǒng)的 CMX 閥。 (2)與微電子、計算機技術結合 20 世紀 80 年代以來，逐步完善和普及的計算機控制技術和集成傳感技術為液壓技術與電子技術相結合創(chuàng)造了條件。隨著微電子、計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了各種數(shù)字閥和數(shù)字泵，并出現(xiàn)了把單片機直接裝在液壓組件上的具有位置或力反饋的閉環(huán)控制液壓元件及裝置。 (3)運行的可靠性 由于有限元法在液壓元件設計中的應用，可靠性實驗、研究工作的廣泛開展以及新材料、新工藝的發(fā)展等，使液壓元件的壽命得到提高。由于對飛機、船舶、冶金等一些重要液壓系統(tǒng)采用多裕度設計，并在系統(tǒng)中設置旁路凈化回路及具有初級智能的自動故障檢測儀表等加強了油液的污染度控制。上述領域內的一些重要成果，使液壓系統(tǒng)的可靠性逐年提高。 (4)高度的集成化 把疊加閥、集成塊、插裝閥以及各種控制閥集成于液壓泵及液壓執(zhí)行元件上形成組合元件，有些還把單片機等集成在其控制機構上，達到了集機、電、液于一體的高度集成化。 (5)高壓、低躁聲、提高密封性能等 高壓、高轉速、低噪聲組件的研究，高效濾材的研究，環(huán)保型工作介質及其相應高壓液壓組件的研究等也是值得注意的動向。 二、論文（設計）研究的內容1. 重點解決的問題 (1)工作過程中常用較多能量損失（摩擦損失、泄露損失等）；(2)液壓缸的活塞桿在油壓的作用下伸出或縮回時，經(jīng)常出現(xiàn)速度不均勻現(xiàn)象， 并有時伴有振動和異響，從而引起整個液壓系統(tǒng)的振動，并帶動主機其它部件振動等。2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）(1)選擇液壓缸的類型和各部分結構形式。 (2)確定液壓缸的工作參數(shù)和結構尺寸。 (3)結構強度、剛度的計算和校核。 (4)導向、密封、防塵、排氣和緩沖等裝置的設計。(5)繪制裝配圖、零件圖、編寫設計說明書。 3.本論文（設計）預期取得的成果(1)缸體材料及結構 (2)液壓缸結構設計及強度校核(3)雙作用液壓缸裝配圖 (4)繪制雙作用液壓缸零件圖 (5)設計說明書 三、論文（設計）工作安排1 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）1）市場調研，并收集相關資料。 2）根據(jù)使用要求確定結構形式與安裝方式。 3）確定設計參數(shù) a) 確定最大負載力和運動速度 b) 選定工作壓力 c) 確定實際工作最大行程 4）尺寸計算a）缸筒內徑，壁厚的計算 b）活塞桿直徑的計算 c）液壓缸最大工作長度的計算 5）進行結構設計a）缸筒的整體設計與強度校核 b）端蓋、缸底及及活塞的設計 c）缸筒與端蓋、缸底連接方式的設計及強度校核 d）活塞桿的設計及強度校核 6）完成輔助裝置的設計7）繪制總裝圖與零件圖，編寫畢業(yè)設計說明書2 論文（設計）進度計劃起止教學周 應完成的主要工作 第 1 周至第 2 周 編寫開題報告，熟悉原始資料，確定設計方案 第 3 周至第 4 周 根據(jù)使用要求確定結構形式與安裝方式 第 5 周至第 7 周 確定設計參數(shù)，尺寸計算 第 8 周至第 10 周 進行結構設計，完成輔助裝置的設計 第 11 周至第 15 周 繪制總裝圖與零件圖，編寫畢業(yè)設計說明書 四、需要閱讀的參考文獻1雷天覺.液壓工程手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1990.232趙應樾.常用液壓缸與其修理M.上海：上海交通大學出版社，1996.433何存興.液壓元件M.北京：機械工業(yè)出版社，1982.704黎啟柏.液壓元件手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，1992.124-159 5劉會國.雙作用伸縮式液壓缸J.液壓與氣動J，2003（09）.62 6吳興奎.一種高可靠的新結構多級套筒液壓缸J.液壓與氣動J，20039（03）.3 7 鄧飄,邱義,張寶生.液壓缸行程檢測技術研究現(xiàn)狀J.液壓與氣動，2008.15-34 8 于貴文，臧克江，林晶雙作用多級液壓缸的設計J中國工程機械學報，2007，5(4)：35-369李永奇，劉慶教，范華志，王麗.淺談工程機械液壓缸發(fā)展趨勢J液壓與氣動，2013(5)：122-12410吳文濤，劉建紅橡塑彈性體彈性變形原理在油缸密封的應用J.潤滑與密封， 2007，32(10)11馮定，柳進，潘浩，楊成，劉莉.全液壓修井機起升系統(tǒng)的速度調節(jié)方法J.機床與液壓，2011,3 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A decision support system fort he operational planning of solid waste collection J ,Waste Management，2006.6附：文獻綜述液壓缸文獻綜述前言：液壓缸是工程機械中被頻繁使用的執(zhí)行元件，相對于其他行業(yè)如農業(yè)機械、汽車、機床等機械設備中，液壓缸在工程機械中的作用更加能夠得到發(fā)揮。隨著機械工業(yè)的發(fā)展和進步，對液壓缸的性能要求及可靠性要求越來越高，液壓缸的性能直接關系到主機的性能。同時作為工程機械的核心零部件，液壓缸已經(jīng)得到越來越多的工程機械主機廠的關注，提升液壓缸的產(chǎn)品可靠性，勢在必行。工程機械的產(chǎn)品質量提升離不開液壓缸的質量提升和匹配性研究提升，近些年國內也逐漸加大在液壓元器件方面的研究和試驗投入。隨著國內外經(jīng)濟形勢的變化，工程機械往高精尖發(fā)展，因此提升液壓缸產(chǎn)品可靠性迫在眉睫。一、液壓缸發(fā)展現(xiàn)狀目前國內工程機械液壓缸存在的問題是可靠性差，最主要的問題是首次無故障時間過短，且經(jīng)常出現(xiàn)一些小故障。不論是從產(chǎn)品外觀質量，還是從工藝技術或者試驗驗證等方面，我們與國外液壓缸都有很大差距。我們國內液壓缸與國外的可靠性差距比較大，一方面是成套方案提供能力尚不足，另一方面，在工藝制造技術的研究上還不夠深入。國外對液壓缸的研究比較成熟，國外很多液壓缸制造商在液壓缸的設計、工藝、試驗等方面有很多創(chuàng)新點，可滿足特殊工況的需求。他們把液壓缸和傳感器、外圍的液壓件或機械機構件一起供應，創(chuàng)造其競爭優(yōu)勢。尤其是特種液壓缸注重機電一體化技術、集成傳感及新材料和涂層技術的應用，向著更快、更輕、更環(huán)保、更安全可靠的方向發(fā)展。比如，國外某公司開發(fā)的缸徑小于 10mm 的特小型液壓缸使得氣缸和液壓缸的規(guī)格更加齊全。他們做的液氣液壓缸是液壓和氣動的復合產(chǎn)品。并在液壓缸上增加控制裝置，把控制技術結合進來使得這種混合液壓缸的應用范圍得以擴大9。二、液壓缸發(fā)展方向(1)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷現(xiàn)在越來越多的企業(yè)開始研究檢測技術與產(chǎn)品可靠性結合，利用先進的傳感技術和檢測技術，應用到工程機械液壓缸中。比如利用磁致伸縮位移傳感器檢測液壓缸行程信息，信號再反饋到控制系統(tǒng)，收集缸底、耳環(huán)鉸點磨損信息，以此判斷液壓缸是否失效17。另外已經(jīng)有企業(yè)開始利用精確控制液壓缸行程來進行智能化主機作業(yè)，比如挖掘機的平地、挖坡作業(yè)等，利用這種方法能夠自動進行較大難度的作業(yè)。體現(xiàn)在液壓技術方面，第一位的是能效和狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷傳感器和測試設備在液壓系統(tǒng)中的應用越來越廣泛，不但用于實時狀態(tài)檢測，還逐漸開始應用到故障檢測和狀態(tài)維修方面目前狀況監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成功應用在軍工機械中，比如坦克、裝甲車等重要設備中，很有必要在工程機械設備中進行廣泛推廣。徐州徐工液壓件有限公司已成功研發(fā)智能液壓缸檢測系統(tǒng)，主要進行液壓缸壓力、溫度、位移以及缸筒變形量等參數(shù)的實時監(jiān)測及診斷，并于 2012 年寶馬展會上順利展出9。(2)可靠性研究國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（20062020 年）將基礎件和通用部件列為優(yōu)先主題，將重大產(chǎn)品、重大設施和復雜系統(tǒng)的安全性、可靠性和壽命預測技術列入重要研究方向。液壓缸作為工程機械的核心零部件，可靠性研究也是未來一段時間內重要的研究方向9。我們要重視試驗技術和產(chǎn)品測試，通過型式試驗，證明產(chǎn)品性能滿足標準要求； 通過耐久性試驗，保證產(chǎn)品壽命長久；通過生產(chǎn)精益管理，確保產(chǎn)品質量穩(wěn)定。耐久性壽命試驗的目的，不是為了證明產(chǎn)品有多好，而是為了發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，從而不斷改進。耐久性壽命試驗，最重要的不是結果，而是試驗過程中發(fā)生的問題和情況。不要過于拘泥于現(xiàn)有的測試標準必須擁有自己的試驗測試體系，做具有中國特色的綜合性試驗平臺。而做試驗平臺必須要做好工況研究，只有無限接近主機工況的試驗平臺才能真正的反映產(chǎn)品的性能15。另外，工況研究要堅持進行，工況研究不是一時半會就能研究出成績，而是長期堅持積累的過程。液壓缸企業(yè)都要在這個方面增加投入，只有基礎研究深入，才能從根本上發(fā)現(xiàn)問題，從而解決問題。(3)清潔度污染對液壓元件是致命的，只有把裝配車間和粗加工、精加工以及焊接車間隔開， 清潔過或清洗過的部件才允許進入下一道工序，試驗工序需要定期檢查試驗用油液清潔度，這樣，才能保證最終產(chǎn)品的清潔，才能讓用戶放心。目前，我們國內部分企業(yè)也已經(jīng)開始實施液壓缸生產(chǎn)車間全封閉、恒溫控制，并且在整個液壓缸零部件生產(chǎn)環(huán)節(jié)分別進行清潔度的控制，生產(chǎn)的液壓缸清潔度指標值如果采用“顆粒計數(shù)法”檢測時，出廠前殘留在液壓缸缸體內部。油液的固體顆粒污染等級可控制在 GB/T 140392002液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號規(guī)定的范圍內16。(4)液壓缸零部件再制造和其他行業(yè)一樣，目前液壓缸行業(yè)也已經(jīng)開始關注液壓缸的再制造。再制造不但需要保證產(chǎn)品可靠性，而且前提成本的控制，如何在最低成本下實現(xiàn)液壓缸的再制造也是當前較大的難題。同時要考慮的問題是如何最大化地利用有限資源，減少環(huán)境污染。再制造工程能夠帶來巨大的經(jīng)濟、環(huán)保和社會效益，因此液壓缸的再制造也將成為工程機械再制造工程重要的一部分9。(5)輕量化隨著工程機械向著大噸位、高性能發(fā)展，特別是路面行走工程機械，由于車橋載重的限制，主機對輕量化的要求愈加強烈，液壓缸的輕量化勢在必行。實現(xiàn)液壓缸輕量化首先是在充分進行工況研究的基礎上進行產(chǎn)品結構優(yōu)化，如缸底、耳環(huán)結構優(yōu)化及模鍛件的減重等等；其次是高強度低密度新材料的開發(fā)應用，輕量化以經(jīng)成為液壓缸產(chǎn)品研發(fā)的一種趨勢2。三、總結液壓缸的發(fā)展首先是提供產(chǎn)品的可靠性，結合產(chǎn)品工況特點實現(xiàn)主機匹配性研究，加快產(chǎn)品技術創(chuàng)新和制造技術提升。在保證可靠性的前提下實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、清潔度提升以及產(chǎn)品輕量化。液壓缸可靠性的提升，首先是對標國際液壓缸標桿企業(yè)，尋找差距，專項提升； 其次是制造技術研究，專業(yè)化生產(chǎn)；第三是建立試驗中心，加大試驗研究及提供試驗手段；最后是主機匹配性研究。只有不斷突破差距，實現(xiàn)主機匹配，才能得到用戶的認可。指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）簽字：年月日審核教研室主任意見意見簽字：年月日學院教學指導委員會意見簽字：年月日公章：附錄1：外文翻譯雙室連接非對稱液壓缸的位置控制摘要本文涉及不對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制。液壓系統(tǒng)包括一個不對稱液壓缸，兩個腔室通過孔口，兩位置，雙向比例閥和負載力連接。本文介紹了系統(tǒng)結構和控制原理。 分析了一些結構參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。 分析和仿真結果表明，兩位雙向比例閥可以實現(xiàn)非對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制。 使用本文提出的控制策略后，可以實現(xiàn)良好的動態(tài)性能。關鍵詞：不對稱，液壓缸，位置控制，流量補償，比例閥，控制策略1.簡介液壓系統(tǒng)廣泛地用于許多領域，如航空，導航，武器工業(yè)，并且液壓系統(tǒng)的大多數(shù)應用涉及位置控制系統(tǒng)，它可以是線性或旋轉的1。由于低成本，高承載能力，簡單的結構和較少的工作空間等優(yōu)點，非對稱液壓缸在線性位置控制系統(tǒng)中起非常重要的作用2。有許多著重于這些類型的系統(tǒng)的工作，其中發(fā)送到不對稱液壓缸的流體動力以各種方式調節(jié)，例如，配有一個四通，三位伺服閥，一個三通，兩位伺服閥3-5，或具有數(shù)字調制閥6。通常，液壓缸的端口與閥連接。 但是在一些非常特殊的情況下，兩個氣缸室通過孔口連接，在操作過程中油將從一個孔流到另一個孔。 由于這種罕見的應用，這種結構系統(tǒng)在過去幾十年沒有得到足夠的重視。如果氣缸的兩個腔室與孔連接，則單個開/關閥可以執(zhí)行不對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制7。然而，開/關閥控制系統(tǒng)具有固有的紋波，差的靜態(tài)性能，并且不能針對其相互作用而獨立地調節(jié)頻率和振幅。 因此，它將僅適用于具有低控制精度要求的場合8。在本文中，采用單，雙位雙向比例閥來執(zhí)行不對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制。 建立了系統(tǒng)的動態(tài)模型，提供了控制策略。 分析了比例閥響應頻率和孔面積對系統(tǒng)性能的影響。2.系統(tǒng)結構和工作原理以前的研究已經(jīng)表明，由于液壓缸的不對稱性，在由對稱閥控制的非對稱氣缸周圍的氣缸中發(fā)生壓力跳躍在x=0附近9,10。對兩個腔室內壓力特性的分析表明，液壓缸的結構（圖1）可以有效地避免壓力跳躍，具有成本低，結構簡單的優(yōu)點7,11。然而，不對稱氣缸系統(tǒng)的動態(tài)特性變差，因為兩個腔室被連接，并且氣缸的內部泄漏增加11。這可能是系統(tǒng)結構在過去幾年中沒有廣泛應用于工業(yè)的主要原因之一。圖1示出了液壓缸的結構，其包括不對稱液壓缸和孔口。 非桿腔通過孔與桿腔連接。圖1 液壓缸示意圖如圖2所示，液壓系統(tǒng)由非對稱液壓缸，油源，位移傳感器，兩個壓力傳感器，控制器和比例閥組成。 桿腔與油源連接，非桿腔與閥連接。 目標位置，壓力傳感器和位移傳感器的信號可以用作控制器的輸入，并且控制器計算比例閥的輸入信號，以根據(jù)控制規(guī)則實現(xiàn)非對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制。圖2 系統(tǒng)示意圖根據(jù)流量連續(xù)性，工作流程寫為：qL = q1 q2 （1）孔口處的流量可以寫為 （2）代入方程 （2） （1），工作流程表示為： （3）根據(jù)流體的連續(xù)性： （4）基于牛頓第二定律，活塞的運動方程可以寫為： （5）根據(jù)活塞的運動學方程，系統(tǒng)的控制原理可以表示如下:隨著閥口開口的尺寸減小，進入無桿室的流量通過孔口比通過閥門的非桿室流出更多，非桿室內的壓力逐漸增加，活塞將在的條件下移動，當閥口開口的尺寸增加時，通過孔口進入非桿室的流量比通過閥門的無桿室外的流量小; 無桿室內的壓力將逐漸減小，活塞向后在的條件下移動。顯然，兩位二通比例閥作為新的可變孔; 當節(jié)流孔減小時，節(jié)流動作增加，無桿室內的壓力增大，因此向前推動活塞。 隨著孔口增加，節(jié)流作用減小，無桿室的壓力隨活塞向后移動而減?。?1）。 結果，通過調節(jié)兩位置二通比例閥的開口口可以有效地實現(xiàn)位置控制。3. 控制策略和系統(tǒng)模型從系統(tǒng)結構和工作原理，比例閥作為節(jié)流閥。 通過調節(jié)比例閥前開口的尺寸來控制不對稱氣缸系統(tǒng)的位置控制的本質是控制非桿室中的油量。 活塞必須跟蹤輸入目標位置，否則控制器根據(jù)當前位置和目標位置之間的差異來計算比例閥的開口尺寸。 當活塞的當前位置等于目標位置時，活塞需要靜止。 由于壓力差，桿室中的油將通過孔口流到非桿室。 如果活塞需要靜止，則無桿室應保持其油量不變。 由于非桿室中的油量是恒定的，通過孔口進入非桿室的流量必須等于通過閥門的室外流量。對非對稱氣缸系統(tǒng)的控制策略有很多調查（13-15）。在本文提出的系統(tǒng)結構的條件下，如果采用傳統(tǒng)的PID控制器，忽略了活塞與缸內壁之間的摩擦，則控制過程可以表示為：當活塞到達目標位置時，位置誤差為“0”，PID輸出信號為“0”，閥關閉;無桿室的油量增加，因為q = 0和q 0，因此活塞向前移動。然后，活塞的位置誤差不等于“0”，PID控制器的輸出值不為“0”，閥打開，無桿室的油量減小，活塞向后移動，當q q，當活塞到達目標位置時，位置誤差再次為零;所以活塞在目標位置周圍重復振蕩。也就是說，在PID控制器下，活塞不能穩(wěn)定在目標位置，而是在目標位置附近的窄范圍內振蕩。閥口的開口尺寸在一定范圍內保持周期性振蕩，這對控制性能不利。活塞圍繞目標位置擺動的原因是無桿室中的油量的變化，其中的本質是由于壓力差而從桿1通過孔流動到無桿室的油在這兩個房間之間。當活塞到達目標位置時，流量補償可以通過孔口進入無桿室的流量和通過閥門流出室之間的流量補償相等，從而將油體積保持在無桿腔體和活塞位置不變，并使振蕩衰減。根據(jù)不對稱氣缸系統(tǒng)的特殊結構，采用流量補償方式和傳統(tǒng)PID控制器進行液壓系統(tǒng)的位置控制。 圖3示出了所提出的控制方案。圖3 不對稱氣缸系統(tǒng)的控制方案從上述分析可以看出，該液壓系統(tǒng)采用的控制策略可以表示為：該控制器采用流量補償信號。 流量補償信號的值可以通過補償流量根據(jù)比例閥的壓力和流量特性來計算。 當活塞到達目標位置時，根據(jù)補償信號的調整，比例閥將處于適當?shù)拈_口尺寸，這確保通過孔口進入非桿室的流量等于通過腔室通過的流量閥門AMESIM代表執(zhí)行工程系統(tǒng)仿真的高級建模環(huán)境。 它基于直觀的圖形界面，其中系統(tǒng)在整個仿真過程（16）中顯示。 在AMESIM的模型庫中提供了液壓系統(tǒng)的常見液壓元件模型。 根據(jù)液壓系統(tǒng)結構，可以通過連接相應的液壓元件建立系統(tǒng)的動態(tài)模型。 在編制建立的模型并設定液壓元件的結構參數(shù)后，得到液壓系統(tǒng)的仿真模型。 AMESIM下的仿真模型如圖4所示。圖4 AMESIM下的仿真模型建立具有相同名稱的AMESIM模型的S函數(shù)，SIMULINK下的協(xié)同仿真模型如圖5所示，它是通過將AMESIM模型導入Simulink并設置仿真參數(shù)來實現(xiàn)的。圖5 SIMULINK下的仿真模型S功能塊（AMESim：Project_）代表除了圖4中的AMESim / Simulink塊之外的AMESIM模型，圖5中SIMULINK下的模擬模型的其余部分對應于圖4中的AMESim / Simulink塊。 SIMULINK中控制器模塊的結構如圖1所示。 3，計算程序可以表達如下：將e定義為位置錯誤： （6）控制器的輸出信號可以表示為： （7）4.模擬與分析基于系統(tǒng)結構和控制策略，液壓缸，比例閥等液壓元件的結構參數(shù)設置在AMESIM型號下：活塞直徑為50 mm;桿直徑為28mm;最大行程為30mm;液壓缸中運動部件的總質量為1.5 Kg;在標稱壓力為3.5MPa的條件下，比例閥的額定流量為7.6L / min;比例閥的響應頻率為30 Hz;孔徑為2mm。 Simulink模擬和求解器的環(huán)境參數(shù)如下：供給壓力為9.5 MPa;負載為5400 N; PID控制器的控制器參數(shù)設計為P = 85，I = 2和D = 1;模擬時間為6秒;并且求解器是可變步長的ode15s（剛度/ NDF）（內置在MATLAB中的ode15s程序）。其他的是默認設置。系統(tǒng)的控制要求是穩(wěn)態(tài)誤差小于0.03 mm;最大百分比超過44.1 PID控制器和流量補償PID控制器的仿真結果在模擬過程中，分別對不同的目標位置進行模擬。在PID控制器下，仿真結果如下圖所示：輸入步進目標位置曲線和活塞當前位置如圖6所示。 絕對誤差如圖7所示，PID控制器的輸出如圖8所示。圖6 PID控制器下的位置軌跡圖7 PID控制器下的絕對位置誤差圖8 PID控制器下閥門的控制信號從圖6，圖7和圖8，活塞圍繞目標位置振蕩。 閥口的開口尺寸在一定范圍內振蕩。在具有流量補償?shù)腜ID控制器下，輸入步進目標位置曲線和活塞的當前位置如圖9所示。 絕對誤差如圖10所示。 孔口的流速如圖11所示。圖9 帶有流量補償?shù)腜ID控制器下的位置軌跡圖10 帶有流量補償?shù)腜ID控制器下的絕對位置誤差圖11 PID控制器孔徑流量補償從圖9和圖10可以看出，可以有效地實現(xiàn)目標位置軌道上的活塞。 位置誤差約為210-5 m。 如圖11所示，孔口處的流量在相當小的范圍內變化。 仿真結果表明，本文提出的系統(tǒng)結構和控制方法可以實現(xiàn)對不對稱液壓缸的位置控制，控制性能好。本文提出的PID控制器與控制器方法的對比表明，PID控制器的流量補償控制結果優(yōu)于PID控制器。4.2孔口尺寸對系統(tǒng)的影響在具有流量補償?shù)腜ID控制器下的系統(tǒng)模型中，孔徑配置為不同的值，如2.05 mm，2 mm和1.95 mm，不改變其他參數(shù)。 圖12顯示了絕對位置誤差，圖13顯示了不同孔徑下孔口處的流速。 不同孔徑尺寸下的模擬結果如表1所示。圖12 帶PID補償?shù)腜ID控制器的絕對位置誤差圖13 流量補償下PID控制器下孔口流量表1 不同孔徑尺寸下的模擬結果從圖12和表1可以看出，當孔口直徑發(fā)生變化時，活塞位置的穩(wěn)態(tài)精度會發(fā)生變化。 活塞的絕對位置誤差約為210-5 mm。 當孔的直徑擴大時，相對于當前目標位置的穩(wěn)態(tài)精度增加，而當孔的直徑減小時，其明顯下降。 圖13顯示，當活塞向后移動時，孔口處的流量在孔口直徑為1.95mm的條件下在小范圍內波動。 總之，流量隨著孔口直徑的增加而增加。 它變化大約2.81 L / min。4.3比例閥響應頻率的影響在具有流量補償?shù)腜ID控制器下建立的系統(tǒng)模型中，以圖6所示的信號作為輸入目標位置，比例閥的響應請求配置為5,15,30和45 Hz，其他參數(shù) 這個模型保持不變。 圖14顯示了活塞位置的絕對誤差，圖15顯示了閥門的流量。 圖14 帶PID補償?shù)腜ID控制器的絕對位置誤差圖15 PID控制器下閥門流量補償?shù)牧髁课恢谜`差如圖14所示，曲線分別對應于響應頻率5,15,30和45 Hz時活塞位置的絕對誤差。 穩(wěn)態(tài)誤差在寬范圍內發(fā)生變化，并且在比例閥的響應頻率為5Hz的情況下，系統(tǒng)的穩(wěn)定時間增加，并且絕對誤差在30Hz和45Hz響應頻率之間幾乎沒有差異 。如圖15所示，曲線分別表示響應頻率為5，15，30和45 Hz時通過比例閥的流量。 流量波動范圍寬，分別為5 Hz和10 Hz，響應頻率為30 Hz和45 Hz時波動較小。根據(jù)上述分析，當比例閥的響應頻率下降時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定時間增加。 但如果頻率大于30Hz，則靜態(tài)精度不能提高。5.結論仿真結果和分析得出以下結論：（1）本文提出的系統(tǒng)結構可以實現(xiàn)非對稱液壓缸系統(tǒng)的位置控制，控制性能好。 傳統(tǒng)的PID控制器在結構上得不到滿意的控制結果。 相比之下，本文提出的控制方法提高了穩(wěn)態(tài)誤差和控制效果。（2）當流量補償控制策略下，孔口加工誤差在一定范圍內時，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差較小。 這表明控制方法具有良好的穩(wěn)定性。（3）模擬結果表明，隨著比例閥的響應頻率過低，穩(wěn)態(tài)精度急劇下降。 但如果頻率大于30Hz，靜態(tài)精度不能有效提高。參考文獻(1)Wu, Z.S., Zhang, L.H. and Zhao, C.L., Adaptive controller and its application in forcesystem of asymmetric cylinder controlled by symmetric valve, Chinese Journal ofMechanical Engineering (English Edition), Vol.20, (2007), pp.50-53.(2) Liu, C.N., Optimized Design Theory of Hydraulic Servo System, (1989), p.157,Metallurgical Industry Press (in Chinese).(3) Yanada, H., Furuta, K., Adaptive control of an electrohydraulic servo system utilizingonline estimate of its natural frequency, Mechatronics, Vol.17, No.6, (2007), pp.337-343.(4) Knohl, T., Unbehauen, H., Adaptive position control of electrohydraulic servo systemsusing ANN, Mechatronics, Vol.10, No.1-2, (2000), pp.127-143.(5) Kalyoncu, M., Haydim, M. 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