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机械压力机是最主要的锻压设备,离合器与制动器是其心脏部件。而目前的机械压力机所采用的制动器及其控制系统,在使用过程中既浪费大量能源又消耗大量的摩擦材料,并且结构复杂,所产生的冲击、振动强烈,噪声污染大。为此本文研制了一种节能型气压式制动器,并对其设计理论及其计算机智能控制进行了系统深入的理论分析与实验研究。以JH23-63型机械压力机为研究应用背景,简述了其工作原理。提出了实施节能制动原理的两个方案,即液压式和气压式。论述了这两种方案的工作原理和优缺点,经过对这两个方案的比较,明确指出采用气压式制动方式更适合在机械压力机上使用。并且采用实验研究方式验证了气压式制动方式的可行性,进一步对该制动方式节能效果进行了分析。建立了机械压力机离合器制动器工作过程的动力学方程,特别对执行单次操作规范的一个完整周期中传动系统的基本功能转化情况进行了深入的研究,由此推导了机械压力机所需制动功的计算公式。在此基础上论述了气压式制动方式的节能特性,并且推导出了相应的节能量的计算公式。针对气压式制动方式的工作过程,建立了以气体的能量方程、流量连续方程、气体状态方程和滑块的动力学方程等组成的数学模型。由于制动时间非常短,为了计算的方便将气压式制动过程简化为绝热过程。推导出了该制动方式所能提供的制动力和制动功的计算公式,明确指出了影响滑块制动到上死点的各个因素,通过计算机仿真定量的分析,获得了各个影响因素对滑块制动到上死点的影响规律。利用遗传算法并且考虑设计变量的约束条件对制动缸的结构参数进行了优化设计,根据优化结果研制出了双层制动缸,并且成功地将该制动缸应用于JH23-63型机械压力机之上。明确了机械压力机用气压式制动系统对计算机控制系统的要求,论述了其控制系统软、硬件的工作原理。在对相关的传感器标定及控制系统调试的基础上,成功地研制出了该控制系统,将其用于JH23-63型机械压力机之中,并在该新的计算机控制系统上进行了大量的实验研究工作。确定了控制滑块运动的控制变量,采用迭代学习算法,合理搭配各个控制变量的数值,成功地将滑块制动到上死点。并且采用广义RBF径向基函数神经网络,对滑块制动到上死点的控制变量进行了成功的预测。实验结果表明,该节能型气压式制动系统的设计理论正确,其计算机控制系统工作可靠、功能强,新研制的节能型气压式制动器结构合理、动作可靠,从而为其在工业实际中推广应用奠定了坚实的基础。
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Degree: 工学博士
Mentor: 赵升吨
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Year: 2006
Language: Chinese
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