曹 成,王寶中

(河北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北唐山 063009)

篦式冷卻機(jī)液壓系統(tǒng)管路沖擊的仿真研究

曹 成,王寶中

(河北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北唐山 063009)

通過對(duì)篦式冷卻機(jī)液壓系統(tǒng)建模仿真,發(fā)現(xiàn)電液換向閥頻繁換向時(shí),在執(zhí)行元件入口處存在較大壓力沖擊,造成液壓系統(tǒng)管路破裂。將電液換向閥改為比例方向閥后,仿真結(jié)果顯示沖擊明顯減小,滿足系統(tǒng)工作要求。

篦式冷卻機(jī);建模仿真;壓力沖擊;比例方向閥

0 引言

篦式冷卻機(jī)是一種利用空氣對(duì)熟料進(jìn)行冷卻的水泥生產(chǎn)設(shè)備。篦式冷卻機(jī)由篦床、機(jī)架和外罩組成,其中篦床由動(dòng)篦板和定篦板構(gòu)成,動(dòng)、定篦板之間相互間隔。所有的定篦板均固定在機(jī)架上,而動(dòng)篦板則連接在一起,由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng),在定篦板間往復(fù)滑動(dòng)。篦式冷卻機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是周期性的變速運(yùn)動(dòng)、篦床動(dòng)篦板速度要求可控以及工作過程中的負(fù)載嚴(yán)重不對(duì)稱。

冀東水泥內(nèi)蒙公司篦式冷卻機(jī)液壓系統(tǒng)在使用過程中,工作參數(shù)不穩(wěn)定而引起管路振動(dòng),造成液壓系統(tǒng)管路和連接法蘭在較短時(shí)間內(nèi)破裂,直接影響到整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程,因此迫切需要對(duì)該液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究,找出引起管道破裂、影響液壓系統(tǒng)性能的因素,以提高該機(jī)的工作性能。

1 液壓系統(tǒng)原理

篦式冷卻機(jī)篦床的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵站、電液動(dòng)換向閥、液壓缸、篦床等組成。原理如圖1所示。

主油路由負(fù)載敏感變量泵2電液動(dòng)換向閥2液壓缸組成;篦床的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過電液動(dòng)換向閥控制液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和壓力的負(fù)載敏感系統(tǒng)。

圖1 篦式冷卻機(jī)系統(tǒng)原理圖

2 數(shù)學(xué)建模

液壓缸活塞及活塞桿的等效質(zhì)量m,活塞的粘性阻尼系數(shù)B2,外負(fù)載 F,活塞位移 y,液控?fù)Q向閥彈簧剛度 K,閥芯質(zhì)量m閥,閥芯粘性阻尼系數(shù) B1,液控?fù)Q向閥閥芯位移 x, p1,p2為液控?fù)Q向閥閥芯兩側(cè)控制腔壓力,q為液控閥控制腔的輸入流量,q′為液控?fù)Q向閥的閥口流量,βe為油液的體積彈性模量。

為簡(jiǎn)化討論,假定閥芯和閥套加工配合良好忽略閥的泄漏、單向閥的液阻、泵的泄漏和液容。不考慮管道動(dòng)態(tài)及管道的動(dòng)態(tài)特性,回油壓力為零。因電磁換向閥響應(yīng)速度很快,所以只考慮其流量特性。

2.1 液控?fù)Q向閥有關(guān)方程

液控?fù)Q向閥閥芯受力平衡方程:

液控?fù)Q向閥閥口流量連續(xù)方程:

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)相關(guān)方程

液壓缸無桿腔的流量連續(xù)性方程(忽略缸的內(nèi)外泄漏,認(rèn)為兩缸完全同步):

液壓缸活塞的受力平衡方程:

2.3 負(fù)載敏感泵相關(guān)方程

圖2 敏感變量泵工作原理圖

(1)變量機(jī)構(gòu)有關(guān)方程

(2)敏感控制閥相關(guān)方程

將上述方程進(jìn)行拉氏變換,并消去中間變量,系統(tǒng)最終方程如下:

其中各個(gè)參數(shù)定義為

3 仿真

基于Matlab平臺(tái)的Simulink是動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真領(lǐng)域中最為著名的仿真集成環(huán)境之一,它可幫助用戶迅速構(gòu)建自己的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真分析,通過仿真結(jié)果修正系統(tǒng)設(shè)計(jì),從而快速完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

仿真時(shí),給液控閥左控制腔一個(gè)周期變化的壓力脈沖信號(hào),以模擬液壓系統(tǒng)的頻繁換向。輸入峰值為16 M Pa,周期分別為4 s,-s,1 s的方波信號(hào),執(zhí)行元件入口壓力仿真結(jié)果分別如圖3,圖4,圖5所示。

從圖中對(duì)比看出,在突然換向的瞬間,執(zhí)行元件的入口壓力存在超調(diào),在較短時(shí)間內(nèi)峰值達(dá)到近2-M Pa。隨著換向頻率的不斷增加,液壓缸入口壓力沖擊峰值不再增加,但不穩(wěn)定性加劇,這必將增加液壓缸運(yùn)行速度的不平穩(wěn)性。

4 改進(jìn)

圖3 液壓缸入口壓力(周期4 s)

圖4 液壓缸入口壓力(周期-s)

圖5 液壓缸入口壓力(周期1 s)

因電磁換向閥換向時(shí)間短,出現(xiàn)較高壓力超調(diào)?，F(xiàn)將電磁換向閥替換為比例方向閥,可延長(zhǎng)換向時(shí)的加速時(shí)間。同樣輸入峰值為16 M Pa,周期分別為4 s,-s,1 s的方波信號(hào),

執(zhí)行元件入口壓力仿真結(jié)果如圖6,圖7,圖8所示。

圖6 液壓缸入口壓力(周期4 s)

圖7 液壓缸入口壓力(周期-s)

圖8 液壓缸入口壓力(周期1 s)

5 結(jié)論

對(duì)于周期性速度變化較快的液壓系統(tǒng),采用電液換向閥實(shí)現(xiàn)換向會(huì)給系統(tǒng)帶來較大的壓力沖擊,甚至造成液壓系統(tǒng)管路破裂。對(duì)于此類系統(tǒng),采用比例方向閥,壓力沖擊明顯減小。

[1] 高鳳陽,王君帥,丁雪.篦式冷卻機(jī)篦床液壓驅(qū)動(dòng)比例速度控制系統(tǒng)[J].液壓與氣動(dòng),2006(11):57-60.

[2] 高鳳陽,王君帥,沈文博,等.篦式冷卻機(jī)液壓負(fù)載敏感比例速度控制系統(tǒng)建模[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2007,23(5):509-512.

[3] 薛定宇,陳陽泉.基于MA TLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

(責(zé)任編校:李聰明)

Research of Simulation of Grate Cooler Hydraulic System Pipe Shock

CAO Cheng,WANGBao-zhong
(College of Mechanical Engineering Hebei Polytechnic University,Tangshan 063009,China)

By means of grate cooler hydraulic system modelling simulation,we found that,w hen electrohydraulic change valves frequently change directions,there are high pressure shock in implenting component access points,causing hydraulic system pipes break.When eletrohydraulic change valves are changed into proportion direction valves,the simulation results show that shock decreases obviously,meeting the work demand of the system.

grate cooler;modolling simulation;pressure shock;proportion direction valve

TH137

A

1672-349X(2010)06-0026-03

2010-07-28

曹成(1973-),男,高級(jí)工程師,碩士研究生,主要從事液體傳動(dòng)與控制方面的研究。