曹 成,王寶中

(河北理工大學(xué)機械工程學(xué)院,河北唐山 063009)

篦式冷卻機液壓系統(tǒng)管路沖擊的仿真研究

曹 成,王寶中

(河北理工大學(xué)機械工程學(xué)院,河北唐山 063009)

通過對篦式冷卻機液壓系統(tǒng)建模仿真,發(fā)現(xiàn)電液換向閥頻繁換向時,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;建模仿真;壓力沖擊;比例方向閥

0 引言

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

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

1 液壓系統(tǒng)原理

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

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

圖1 篦式冷卻機系統(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,外負載 F,活塞位移 y,液控換向閥彈簧剛度 K,閥芯質(zhì)量m閥,閥芯粘性阻尼系數(shù) B1,液控換向閥閥芯位移 x, p1,p2為液控換向閥閥芯兩側(cè)控制腔壓力,q為液控閥控制腔的輸入流量,q′為液控換向閥的閥口流量,βe為油液的體積彈性模量。

為簡化討論,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。不考慮管道動態(tài)及管道的動態(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 液控換向閥有關(guān)方程

液控換向閥閥芯受力平衡方程:

液控換向閥閥口流量連續(xù)方程:

2.2 執(zhí)行機構(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,認為兩缸完全同步):

液壓缸活塞的受力平衡方程:

2.3 負載敏感泵相關(guān)方程

圖2 敏感變量泵工作原理圖

(1)變量機構(gòu)有關(guān)方程

(2)敏感控制閥相關(guān)方程

將上述方程進行拉氏變換,并消去中間變量,系統(tǒng)最終方程如下:

其中各個參數(shù)定義為

3 仿真

基于Matlab平臺的Simulink是動態(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)建自己的動態(tài)系統(tǒng)模型,并在此基礎(chǔ)上進行仿真分析,通過仿真結(jié)果修正系統(tǒng)設(shè)計,從而快速完成系統(tǒng)的設(shè)計。

仿真時,給液控閥左控制腔一個周期變化的壓力脈沖信號,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,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),在較短時間內(nèi)峰值達到近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行速度的不平穩(wěn)性。

4 改進

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間短,出現(xiàn)較高壓力超調(diào)。現(xiàn)將電磁換向閥替換為比例方向閥,可延長換向時的加速時間。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,

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

對于周期性速度變化較快的液壓系統(tǒng),采用電液換向閥實現(xiàn)換向會給系統(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.篦式冷卻機篦床液壓驅(qū)動比例速度控制系統(tǒng)[J].液壓與氣動,2006(11):57-60.

[2] 高鳳陽,王君帥,沈文博,等.篦式冷卻機液壓負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: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,高級工程師,碩士研究生,主要從事液體傳動與控制方面的研究。