直驱式电液伺服控制旋转接头回转系统研究开题报告

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1. 研究目的与意义

旋转接头是机械中的关键部件，主要用于实现固定部分与回转部分间流体的输送，广泛应用于各种加工制造行业，如冶金、机床、发电、石油、橡胶、塑料、卷烟等。工程机械旋转接头是连接大型工程机械如：挖掘机、起重机、旋挖钻机、平地机等固定部分与回转部分的液压、气动系统管路，使上下两部分的系统管路具有360相对回转运动而不发生干涉的部件。

随着产品市场需求的扩大，旋转接头生产种类的增多，产量也不断的扩大，销售区域不仅限于满足国内市场，而且远销欧美和东南亚等国，此时产品的质量显得特别重要，为了保证产品在交付使用前性能满足使用要求，一方面要保证加工的精度，另一方面还要对其进行一系列严格的检测。

工程机械旋转接头的检测需要专门的试验设备，目前国内检测设备尚不完善，企业常见的做法是采用简单的装备与设备，通过人工观测仪表读数，手工填写检测结果，不能自动检测每一瞬时扭矩、转速的情况，输出测试报告，这种做法既不能进行连续的测量，也不能实现精准测量，很难保证产品的质量，影响产品的销售额。一些企业为了满足试验的要求从国外购买试验设备，虽然国外的设备系统性能稳定，精度也可靠，但是价格相当昂贵，且保修期一年，过了保修期设备损坏，维修也成问题。所以研制工程机械旋转接头回转系统以便进行转速扭矩测试，是国内急需解决的课题。

2. 国内外研究现状分析

在国内对于旋转接头的生产和实验还处于发展阶段，生产旋转接头的厂家很多，部分产品已经能够替代进口产品，但有关检测的标准和测试设备还有待研究和开发，企业常用的做法是采用简单的装备与设备，通过人工观测仪表读数，手工填写检测结果，这种做法既不能进行连续的测量，也不能实现精准测量，近几年我国在旋转接头试验系统的研究上有了新的进展，在2010年6月29日江苏徐州工程机械研究院申请了一项发明专利《中央回转接头耐久性试验方法及专用装置》、一项实用新型专利 《中心回转接头耐久性试验装置》 ，这是一种属于液压元件的试验方法及装置,该装置可以实现中心旋转接头套筒和定子正反往复运动，同时对套筒加载侧向力且侧向力可以调节，它的优点是试验装置同时对多个旋转接头进行试验，旋转接头定子与套筒之间的正反两个方向自动反复旋转运动，径向加压缸可以对旋转接头加载侧向力，与旋转接头的实际工况相同。在2010年由江阴长龄机械制造有限公司和天津工程机械研究院联合起草了一份关于工程机械旋转接头的国家标准，即《液压挖掘机中央回转接头》gb/t 256292010，标准对液压挖掘机用旋转接头进行了定义、分类，规定了旋转接头的一般性能要求、试验方法、检验规则等。它填补了国内空白，使旋转接头的测试有了可参照的标准。

在国外，由于电子技术、液压技术等发展较快较早，在旋转接头测试方面美国、韩国、日本、北欧等国处于领先。比如韩国已经生产出了专门测试旋转接头的大型试验台，可以进行性能测试和耐久性测试，日本sgk株式会社早在1948年就成功开发旋转接头，德国制定了国家标准 din 82008-1971 《回转接头和螺纹接头用带螺纹柄的双耳》（double lugs with screwed shank for swivels and turnbuckles），法国颁布了国家标准 nf l92-311-1966《机上起重支垫用回转接头.(rech.)》（swivel joints for aircraft jacking pads. (rech.)）。瑞典著名汽车品牌volvo旗下沃尔沃建筑设备公司对挖掘机上的旋转接头测试标准作了规定（hydraulic component turning joint requirement），此规定是参照韩国标准t485制定。测试分为性能测试和耐久性测试，其中在性能测试中比国内的测试多一项热冲击测试，即旋转接头在工作压力p和转速15rpm条件下，首先在-30℃环境温度下运行48小时，接着在30分钟内将温度上升到70℃,保证中央旋转接头无泄漏和损坏。

直驱式电液伺服系统是一个功能集成的液压组件，它代替了传统液压产业中的大部份阀件，表现出极高的性价比、极方便的使用程度和高度的可靠性。同时又具有几乎现有液压系统的所有优点，是液压控制领域的一次创新。直驱式电液伺服系统除了能在大部分传统液压生产领域应用外，还能开拓许多新的应用领域。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

（1）驱动回转部分设计，根据旋转接头的调速要求，拟设计一个液压驱动回转系统，在旋转接头低压通道、高压通道均不接压力油的情况下，使回转轴或旋转接头壳体连续转动、180正反转，确定扭矩及转速传感器的安装位置。

（2）数据采集控制部分的研究，采用单片机作为处理核心，完成对扭矩、转速信号的采集及处理，实现对泵驱动电机的正反转控制，转速控制，通过stc12c5a60s2与上位机通信。

4. 研究创新点

直驱式电液伺服系统采用交流伺服电机、定量泵取代了传统电液伺服系统中的伺服阀和变量泵，采用交流伺服电机驱动定量泵，通过交流电机本身的变速、换向、限转矩功能来代替流量控制阀、方向控制阀、和压力控制阀的功能。

与传统电液伺服系统相比，节能高效、小型集成化、操作方便、成本低。