基于功率构成分析的云梯车全耦合动力学模型降维简化方法???     广州增城云梯车出租,  广州云梯车出租,  云梯车出租       极端工况下柱塞设备效率下降以及性能退化是限制变转速泵控液压系统效率进一步提升的瓶颈问题。鉴于此，本文将柱塞设备从机电液系统中分离出来进行有针对性的动力学建模分析，主要目的是通过性能退化机理分析探寻提高柱塞设备综合性能的有效途径。正如前文所述，极端工况下柱塞设备性能退化主要体现在以下两个方面，其一是压力脉动，其二是能量损耗。对柱塞泵能力损耗的分析，指出有关困油现象以及油液压缩导致的流量损失和配流盘配流过程中的阻尼作用尚未明朗，需要更进一步的理论分析与研究。进行了柱塞马达流量与压力脉动机理分析，分析结果指明了减缓柱塞马达流量与压力脉动的有效途经，同时研究发现柱塞马达高低压油腔之间存在内泄，这部分能量损耗还未能在其全耦合动力学模型中直观反映，为分析柱塞设备能量损耗机理，关于柱塞腔压力过渡过程中配流盘造成的能量损耗还需深入分析。从系统角度来看，机电液系统整体行为不完全取决于各独立子系统的动力学特性。为保证机电液系统在服役期间高精度、高性能运行，不仅需要掌握子系统较为精细的非线性动力学特性，更需要从系统层面上对系统内在力学性质及外在力学表征进行充分认知和总体把握。因此，本文重点研究了柱塞设备全耦合动力学建模方法，其另一个潜在目的就是便于以后将机电液系统各子系统通过柱塞设备全耦合动力学模型联系起来，继而可以研究柱塞设备内部子系统非线性环节对于机电液系统全局动力学特性的影响规律。然而，由于柱塞设备全耦合动力学模型维数随柱塞数目的增加而成倍增加，加之变频电机、液压管路等其他系统子系统动力学模型，精细化的机电液系统多能域耦合动力学模型必将是高维非线性动力学系统，无论对于模型求解，还是机理分析，都需要简化。基于上述两方面考虑，对柱塞设备全耦合动力学模型进行降维简化处理，不仅可以拓宽模型的应用范围，还可以在简化过程中总结提炼表征柱塞设备能量损耗的关键参数与变量。本章采用积分平均法对全耦合模型进行降维简化，以柱塞马达为例，首先，分析柱塞腔和主轴-缸体子系统平均功率构成，提取柱塞腔压力过渡过程中配流盘引起的能量损耗；然后，对描述柱塞腔压力过渡的压力过渡角进行修正，在此过程中考虑了内泄和油液压缩，继而基于柱塞腔压力近似表达式推到得到油液压缩性导致的流量损失、库伦摩擦引起的转矩损失和配流盘能量损耗解析式；最后，将以上各类能量损耗解析式导入积分平均处理后的全耦合动力学模型，以及将代入以上各类能量损耗解析式的单柱塞腔平均吸油流量表达式导入高压腔压力特性方程，实现全耦合动力学模型的降维简化。对比分析全耦合模型和简化模型，检验简化模型的准确性，同时指明简化模型适用研究方向。

     功率构成分析,   实现全耦合动力学模型降维简化的关键在于分析柱塞设备的功率构成，尤其是能量损耗。基于对功率构成的深入分析，可将作为中间能量传递环节的柱塞腔子系统归纳为单纯的能量损耗单元，并将与柱塞腔吸油流量和柱塞腔压力有关的液压与机械损耗，分别纳入以高压腔为主的液压子系统和主轴-缸体机械子系统之中。柱塞马达各柱塞腔从高压腔吸进的流量除主要用于推动柱塞运动外，还将有部分损失于柱塞副和滑靴副。然而，第3章柱塞泵能量损耗分析中，有部分流量损失来源不明，推测为困油以及油液压缩所致。第4章对于柱塞马达流量与压力脉动机理分析，指出当缸体腰形孔与高低压腔减压槽同时连通时，将会有部分流量通过柱塞腔些泄漏至低压腔。第3章柱塞泵能量损耗分析结果已表明，库伦摩擦导致高负荷作用下柱塞泵机械损耗加剧，但配流盘配流过程中存有的阻尼作用还未探明。考虑油液压缩性以及三角阻尼槽的节流作用，柱塞腔压力过渡非理想矩阶跃变化，配流盘导致的压力损失可等效为柱塞马达转矩损失。以上分析表明，与传统动力学模型相比，全耦合动力学模型虽能更为实际地反映柱塞设备能量损耗情况，但仍有部分能量损耗（如困油与压缩流量损失、配流盘配流过程中的柱塞腔压力损失）的变化规律尚未完全把握。下面将以单柱塞腔压力特性方程为切入点，分析单柱塞腔吸油功率构成。单柱塞平均吸油流量为2201isisiQdQ,   将单柱塞腔压力特性方程式(2-39)代入式(5-1)推导.   其中，第一项为单柱塞理论排量，进一步推导为71mpipipRAdvA,   第二项为配流盘影响下柱塞腔不完全吸排油导致的困油流量损失，进一步推导为mpipipRAdvA,   第三项为压缩流量损失，进一步推导为lowhighTcpiBhighBTmmVVppVp，Δphigh为柱塞马达吸油压力脉动幅值，VT和VB分别为位于上下死点时的柱塞腔容积。其中，第1项为柱塞腔高低压差导致的压缩流量损失，并随压力和转速的升高而增大，第2项为配流盘影响下柱塞腔不完全吸排油导致的压缩流量损失，第四项为单柱塞副和单滑靴副平均泄流流量，第五项为单柱塞腔配流盘内泄。第四项和第五项的进一步推导需要预测柱塞腔压力。配流盘影响下柱塞腔不完全吸排油导致的困油流量损失以及压缩流量损失均为负，直接降低了柱塞马达有效容积，容积损失为,  给出的高压腔压力特性方程进行积分平均处理silvhighmhighhQNRpQdtdpV，Vh0为高压腔容积。对给出的主轴-缸体子系统动力学模型进行积分平均处理.   其中，第一项为理想柱塞腔压力形成的总驱动转矩，第二项为柱塞腔压力过渡过程中配流盘导致的转矩损失，第三项为各摩擦副总库伦摩擦转矩，第四项为各摩擦副总粘性摩擦转矩，第五项为负载转矩。分析柱塞马达功率构成，分解出柱塞腔压力过渡过程中配流盘导致的能量损失，其中，包括流量损失和转矩损失。

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       柱塞腔压力预测建立柱塞腔压力数学表达式预测柱塞腔压力，其关键在于预测柱塞腔压力过渡。压力过渡角用于描述柱塞腔过渡，可以确定在压力过渡的第四阶段柱塞腔压力初始进入平稳状态的角位置。在压力过渡角范围内，压力近似线性变化。得压力过渡角表达式，j标注TDC或BDC的变量和参数，kA为一集中参数可以看出，γj对于ωm更为敏感。由于柱塞马达VB大于VT，则可以推断γB大于γT，这与柱塞腔压力仿真结果一致。描述压力过渡角并未考虑内泄和柱塞腔容积变化，压力过渡角估计值将小于实际值。首先，单独考虑内泄对压力过渡角的影响，图中，p1=plow+Δp1，p2=phigh－Δphigh－Δp2。单柱塞腔内泄截止于角位置φ1，根据三角形相似定理可得1212ppppTT，T为实际压力过渡角，inner，1Tppp，Δp3=p2－p1，Δpinner为内泄导致的柱塞腔压力降落，根据体积弹性模量定义.   内泄对压力过渡角的影响同理，单独考虑柱塞腔容积变化对压力过渡角的影响，根据三角形相似定理得12ppppTT，compppp22，Δpcomp为柱塞腔容积变化导致的柱塞腔压力降落，根据体积弹性模量定义得TmcompNVVp2cos1.    综合考虑以上两种影响因素，将压力过渡角修正，kj1表征了内泄导致的压力降落对压力过渡角的影响程度，kj2表征了柱塞腔容积变化导致的压力降落对压力过渡角的影响程度。可以看出，kj1随着转速的升高而降低，说明高转速下γj更接近实际值，这是因为柱塞腔压力过渡第3阶段的内泄随着转速的升高而降低。对比分析柱塞腔压力过渡预测结果和全耦合模型仿真结果，可以看出修正了的压力过渡角有更高的预测精度。将压力过渡角用于描述柱塞腔压力，柱塞腔压力,   描述柱塞腔压力。柱塞腔压力预测结果（实线）和全耦合模型仿真结果（虚线，可以看出，在不同工况下，柱塞腔压力预测结果能与仿真结果较好吻合，说明可以用于进一步推导柱塞马达能量损耗。第一项为柱塞腔压力过渡第3阶段内泄流量，第二项为柱塞腔压力过渡第2阶段内泄流量。可以看出，第3阶段内泄流量随着转速的升高而降低，将式(4-2)代入第二项，可知第2阶段内泄流量不随转速发生变化，保持为常数，从理论上解释了第4章中关于柱塞马达内泄的定性分析，推导过程详见附录。同时，推导得到单柱塞副和滑靴副平均泄漏流量。单柱塞副和滑靴副平均泄漏流量随着转速的升高而略有降低，其主要原因是式中后两项为泄漏流量补偿项，由柱塞腔压力过渡非理想阶76跃变化导致，泄漏流量补偿项随着转速的升高而略有增大，为便于数据处理，柱塞马达一般流量损失估计，可予以忽略。柱塞腔压力过渡过程中，配流盘导致的流量损失包括内泄和困油与压缩流量损失，总流量损失为lossminnerdampVNQQ，Qdamp随着转速的升高而减小，随着压力的升高而加大。推导得到柱塞腔压力过渡过程中配流盘导致的转矩损失.  Tdamp随着压力和转速的升高而加大。同时，推导得到各摩擦副平均总库伦摩擦转矩,    定义fpsv为复合库伦摩擦因数，用于表征各摩擦副库伦摩擦综合损耗程度。由于γT与γB大小十分接近，Δphigh与phigh+plow之比小至可以忽略，和ε可以分别近似为和1。柱塞腔压力过渡过程中，配流盘导致的压力损失对柱塞设备总库伦摩擦转矩的影响较小，可以忽略不计，式(5-20)推导过程详见附录。综合包含以上各类流量损失，将柱塞马达油腔-配流子系统降维简化为以高压腔为主的液压子系统动力学模型，lvhighlcslRpQNQ。将柱塞马达主轴-缸体子系统动力学模型降维简化.    至此，已将柱塞马达全耦合动力学模型降维简化为二维一阶微分方程。与传统柱塞设备动力学模型相比，由柱塞马达结构参数和系统参数描述的简化模型包含了油液压缩导致的流量损失，库伦摩擦导致的转矩损失和柱塞腔压力过渡过程中配流盘导致的流量损失和转矩损失。

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