（定稿）基于二次调节的减速器加载试验台设计（全套下载）

图整个模拟加载系统的物理模型.根据式所确立的与之间关系和式式式所确立的与之间关系，可将图图所示的各单元方块图模型在输出端联接在起，得到整个减速器模拟加载系统的传递函数方块图模型，如图所示。

图整个模拟加载系统的方块图本章小结本章介绍了减速器模拟加载试验台的组成与原理，着重考虑系统各柔性环节等的影响，建立了整个模拟加载系统的传递函数方块图模型。

由所建立的模型可以看出，该减速器模拟加载系统为单输入单输出系统，包括驱动单元转速控制系统二次输出加载转矩控制系统。

每系统都为双闭环控制，两个内闭环阀控缸完全相同。

方块图模型清晰地描述了个弹性联轴器柔性环节的影响，体现出各系统之间的相互作用关系，另外通过传递函数方块图模型清楚地看出，驱动单元的转矩由负裁决定，负载转速由驱动转速决定，所以驱动转矩与负载转矩之间负载转速与驱动转速之间有着耦合关系。

减速器模拟加载系统特性分析.概述由第章可知，本减速器模拟加载系统为单输入单输出双闭环控制的耦合系统，内闭环为阀控缸，外闭环分别为驱动单元转速控制二次输出加载单元转矩控制。

该模拟加载系统的性能主要取决于如下几方面因素系统固有参数，如电液伺服阀的固有频率和阻尼比机械系统等效转动惯量和等效阻尼系数变量液压缸活塞的有效作用面积以及各传感器的变换系数等内外控制器参数系统柔性环节，如弹性联轴器等耦合干扰，即系统压力波动驱动转速波动和加载转矩波动的影响管路动态控制方法。

本章主要对驱动单元转速控制系统刚度特性分析。

.驱动单元转速控制系统刚度特性分析对于如图所示的阀控缸模型方块图，若忽略作用于变量液压缸活塞上的外负载力，则可得电液伺服阀输出流量对活塞位移的传递函数为式中的参数为主要由变量液压缸泄漏产生的系数，其值般都比大得多，因此项与相比可忽略不计。

另外，本阀控缸中的弹性负载较小，可认为。

于是式可简化为式中第个变量液压缸的固有频率第个变量液压缸的阻尼比无因次若小到可以忽略不计时，则可用下式表示在本系统中，变量液压缸的活塞有效作用面积较大，有效容积和活塞质量都较小，由式可知，变量液压缸的固有频率很高，同固有频率相对较低的伺服阀相比，可将其二阶振荡环节略去，于是变量液压缸可简化为个积分环节。

电液伺服阀作为二阶振荡环节来考虑，则阀控缸方块图如图所示。

图阀控缸简化方块图.阀控缸闭环传递函数为式中阀控缸阶惯性环节的转折频率阀控缸二阶振荡环节的固有频率阀控缸二阶振荡环节的阻尼比无因次。

由式可知，本系统的阀控缸由阶惯性环节和二阶振荡环节复合而成。

参照图所示的驱动单元转速控制系统方块图，阀控缸采用图所示的方块图模型，忽略加载系统中各弹性联轴器的柔性和液压管路的阻力损失，并将所有机械件的转动惯量和阻尼向驱动二次元件输出轴进行等效，最后得到驱动单元转速控制系统的简化方块图，如图所如果系统的频宽较低时，伺服阀的传递函数可用阶惯性环节表示，即当系统的频宽远小于伺服阀的固有频率时，伺服阀的传递函数可近似为比例环节，即式中第个二次元件电液伺服阀的输出流量第个二次元件电液伺服阀的输入电压第个二次元件电液伺服阀的固有频率第个二次元件电液伺服阀的阻尼比无因次第个二次元件电液伺服阀的流量增益第个二次元件电液伺服阀的时问常数二次元件序号，分别对应于驱动二次输出加载二次元件。

变量液压缸变量液压缸的流量连续性方程为式中变量液压缸的流量变量液压缸活塞的位移变量液压缸的有效作用面积变量液压缸的泄漏系数变量液压缸两腔的总容积液压油的体积弹性模量第个变量液压缸的进出口压差。

变量液压缸的力平衡方程为式中变量液压缸活塞与斜盘的等效质量变量液压缸的阻尼系数作用于变量液压缸活塞上的外负载力负载的弹簧刚度，没有弹性负载时，第个变量液压缸的进出口压差。

位移传感器位移传感器视为比例环节，其传递函数为式中位移传感器的变换系数对式式进行拉式变换得由式式式和式，可画出阀控缸的传递函数方块图，如图所示，输入的是电压量，输出的是液压缸的位移，经过套连杆机构，将液压缸的位移转换为可逆式泵马达元件的斜盘摆角，因此将排量控制也称为摆角控制。

图阀控缸方块图.驱动单元转速控制的方块图模型减速器模拟加载系统驱动单元物理模型如图所示，驱动单元的组成如图所示，它包括双联驱动二次元件弹性联轴器转速传感器驱动变速器以及齿轮联轴器等。

下面分别列出它们的有关方程。

二次元件排量方程为且有如下关系式式中二次元件的排量二次元件的最大排量二次元件变量斜盘的摆角二次元件变量斜盘的最大摆角二次元件变量液压缸活塞的位移二次元件变量液压缸活塞的最大位移变量液压缸活塞位移对斜盘摆角的变换系数。

脚标是二次元件的序号，此处指的是驱动单元二次元件，故应取扣。

图驱动单元组成与物理模型.双联驱动二次元件的力矩平衡方程为式中二次元件的理论输出转矩•二次元件的实际输出转矩•二次元件转动件和弹性联轴器输入轴的等效转动惯量•二次元件的等效阻尼系数•二次元件的转角二次元件的进出油口压差二次元件的排量。

弹性联轴器的力矩平衡方程为式中弹性联轴器的扭转刚度系数•弹性联轴器的输出轴转角。

转速传感器的力矩平衡方程为式中转速传感器的输出轴转矩•弹性联轴器输出轴转速传感器和弹性联轴器输入轴的转动惯量之和•。

转速传感器视为比例环节，其传递函数为式中转速传感器的变换系数。

弹性联轴器的力矩平衡方程为式中驱动变速器的输入轴转矩•弹性联轴器的扭转刚度系数•驱动变速器的输入轴转角。

驱动变速器及齿轮联轴器的力矩平衡方程为专业性非常强的技术，整套装置的成本非常高，又由于回收过程的回收效率受加载负荷的影响较大，而且对于大功率加载系统来说，试验台及电动机体积庞大，试验不同型号减速器时调整困难。

另外，在系统动载变化较大时，可能对电网造成较大的冲击。

机械封闭式加载系统这种加载系统的原理图如图所示。

它将原来单纯由电机提供功率转矩转速，分解为由两套装置分别向系统提供转矩和转速，由转速提供装置电动机向系统提供所需要的转速，同时由转矩施加装置液压加载器向系统提供试验所需要的转矩。

在这个过程中，转矩被封闭在个由两个变速传动装置两个转矩转速测量装置个转矩施加装置被试件和陪试件所组成的封闭机械系统中，它不再对转速提供装置电动机产生影响，电动机所提供的动力，仅仅是用来平衡系统运动过程中产生的机械损耗，从而降低了电动机的功率消耗。

这种加载系统的转速通过电机调速进行调节，转矩通过调节液压加载器油源系统溢流阀的开启压力来设定，不易实现自动控制。

因此，这种加载系统不适用于动态模拟加载试验。

图电力封闭式加载系统原理示意图.图机械封闭式加载系统原理示意图.液压封闭式加载系统这种加载系统的原理如图所示。

驱动单元由油源液压马达及相关液压元件组成，它负责向系统提供动力功率，通过对液压马达流量和斜盘摆角的调节，来满足对不同驱动转速的要求试验单元与前述系统相同负载模拟单元由液压泵及相关液压元件等组成，通过控制液压泵的斜盘摆角，可模拟各种工况下的负载转矩。

负载模拟单元产生的液压能通过液压网络加以回收，并直接反馈给驱动单元，形成封闭的功率流，从而降低试验能耗，系统效率高。

系统加载过程中所形成的动载影响，基本被限制在液压系统内部，对电网的冲击很小。

如果将图中的液压马达和液压泵换成二次元件，就构成了二次调节加载系统。

由于二次调节加载系统可充分利用计算机控制的优越性，使加载参数转矩和转速的调节非常灵活方便，所以系统的静动态性能好，可对各种复杂工况进行模拟。

因此，将这种二次调节式加载系统用于减速器加载试验，是十分理想的。

图液压封闭式加载系统原理示意图论文主要研究内容对基于二次调节的减速器加载系统进行深入的理论分析，建立减速器加载系统的数学模型，并绘制方框图对对驱动单元转速控制系统进行刚度特性分析对驱动变速箱的轴及齿轮等传动零部件进行详细的设计，并对其作校核。

减速器模拟加载系统数学模型.概述减速器加载试验按减速器的重要性分为型式检验出厂检验温升检验等几种检验方式。

型式检验主要针对最新研制的减速器的种检验方式，包括装配及连接尺寸检验，空载试验，效率试验，温升试验，噪声试验，超载试验，耐久试验出厂检验针对现有成熟减速器进行的出厂前检验，包括装配及连接尺寸检验，出厂空载试验，出厂温升试验，出厂噪声试验温声试验主要针对检修完毕的减速器进行的性能测试。

本章针对减速器模拟加载系统，建立较为精确的数学模型。

数学模型包括有微分方程状态方程及变量图传递函数及方块图等。

.减速器模拟加载试验台组成与原理试验台各部分组成及其功用减速器加载试验台如图所示，由恒压油源及管路系统模拟加载系统控制系统机械台架四部分组成。

恒压油源为整个模拟加载单元提供恒定压力，同各种液压元件及管路起构成恒压网络。

恒压油源主要由两台公司的型轴向柱塞式恒压变量泵和台双联叶片式定量泵组成，柱塞泵为系统提供恒定的高压油源，叶片泵为二次元件及主泵提供背压，并通过给系统补充冷油的方式来实现系统的冷却。

当然，油源部分还包括高低压溢流阀年哈尔滨工业大学谢卓伟等用单片机组成数字闭环控制系统，并用变结构控制算法来控制二次元件的输出转速中国农机研究所阎雨良等进行过二次元件调速特性的实验研究同济大学范基等进行过二次调节系统的节能液压实验系统研制。

.二次调节技术的应用及特点二次调节技术的的应用由于二次调节技术具有诸多优点，使它在很多领域得到广泛应用。

第套配备有二次调节闭环控制的产品是建在鹿特丹欧洲联运码头的无人驾驶集装箱转运车德国的科那西山特号海上浮油及化学品清污船的液压传动设备配备有二次调节反馈控制系统。

该系统可以使预选的撇沫泵和传输泵设备的转速保持恒定，并使