篦式冷却机液压系统管路冲击的仿真研究

曹 成,王宝中

(河北理工大学机械工程学院,河北唐山 063009)

篦式冷却机液压系统管路冲击的仿真研究

曹 成,王宝中

(河北理工大学机械工程学院,河北唐山 063009)

通过对篦式冷却机液压系统建模仿真,发现电液换向阀频繁换向时,在执行元件入口处存在较大压力冲击,造成液压系统管路破裂。将电液换向阀改为比例方向阀后,仿真结果显示冲击明显减小,满足系统工作要求。

篦式冷却机;建模仿真;压力冲击;比例方向阀

0 引言

篦式冷却机是一种利用空气对熟料进行冷却的水泥生产设备。篦式冷却机由篦床、机架和外罩组成,其中篦床由动篦板和定篦板构成,动、定篦板之间相互间隔。所有的定篦板均固定在机架上,而动篦板则连接在一起,由液压系统驱动,在定篦板间往复滑动。篦式冷却机的运动特点是周期性的变速运动、篦床动篦板速度要求可控以及工作过程中的负载严重不对称。

冀东水泥内蒙公司篦式冷却机液压系统在使用过程中,工作参数不稳定而引起管路振动,造成液压系统管路和连接法兰在较短时间内破裂,直接影响到整条生产线的生产过程,因此迫切需要对该液压系统进行仿真研究,找出引起管道破裂、影响液压系统性能的因素,以提高该机的工作性能。

1 液压系统原理

篦式冷却机篦床的液压驱动系统由液压泵站、电液动换向阀、液压缸、篦床等组成。原理如图1所示。

主油路由负载敏感变量泵2电液动换向阀2液压缸组成;篦床的往复运动通过电液动换向阀控制液压缸的往复运动和压力的负载敏感系统。

图1 篦式冷却机系统原理图

2 数学建模

液压缸活塞及活塞杆的等效质量m,活塞的粘性阻尼系数B2,外负载 F,活塞位移 y,液控换向阀弹簧刚度 K,阀芯质量m阀,阀芯粘性阻尼系数 B1,液控换向阀阀芯位移 x, p1,p2为液控换向阀阀芯两侧控制腔压力,q为液控阀控制腔的输入流量,q′为液控换向阀的阀口流量,βe为油液的体积弹性模量。

为简化讨论,假定阀芯和阀套加工配合良好忽略阀的泄漏、单向阀的液阻、泵的泄漏和液容。不考虑管道动态及管道的动态特性,回油压力为零。因电磁换向阀响应速度很快,所以只考虑其流量特性。

2.1 液控换向阀有关方程

液控换向阀阀芯受力平衡方程:

液控换向阀阀口流量连续方程:

2.2 执行机构相关方程

液压缸无杆腔的流量连续性方程(忽略缸的内外泄漏,认为两缸完全同步):

液压缸活塞的受力平衡方程:

2.3 负载敏感泵相关方程

图2 敏感变量泵工作原理图

(1)变量机构有关方程

(2)敏感控制阀相关方程

将上述方程进行拉氏变换,并消去中间变量,系统最终方程如下:

其中各个参数定义为

3 仿真

基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中最为著名的仿真集成环境之一,它可帮助用户迅速构建自己的动态系统模型,并在此基础上进行仿真分析,通过仿真结果修正系统设计,从而快速完成系统的设计。

仿真时,给液控阀左控制腔一个周期变化的压力脉冲信号,以模拟液压系统的频繁换向。输入峰值为16 M Pa,周期分别为4 s,-s,1 s的方波信号,执行元件入口压力仿真结果分别如图3,图4,图5所示。

从图中对比看出,在突然换向的瞬间,执行元件的入口压力存在超调,在较短时间内峰值达到近2-M Pa。随着换向频率的不断增加,液压缸入口压力冲击峰值不再增加,但不稳定性加剧,这必将增加液压缸运行速度的不平稳性。

4 改进

图3 液压缸入口压力(周期4 s)

图4 液压缸入口压力(周期-s)

图5 液压缸入口压力(周期1 s)

因电磁换向阀换向时间短,出现较高压力超调。现将电磁换向阀替换为比例方向阀,可延长换向时的加速时间。同样输入峰值为16 M Pa,周期分别为4 s,-s,1 s的方波信号,

执行元件入口压力仿真结果如图6,图7,图8所示。

图6 液压缸入口压力(周期4 s)

图7 液压缸入口压力(周期-s)

图8 液压缸入口压力(周期1 s)

5 结论

对于周期性速度变化较快的液压系统,采用电液换向阀实现换向会给系统带来较大的压力冲击,甚至造成液压系统管路破裂。对于此类系统,采用比例方向阀,压力冲击明显减小。

[1] 高凤阳,王君帅,丁雪.篦式冷却机篦床液压驱动比例速度控制系统[J].液压与气动,2006(11):57-60.

[2] 高凤阳,王君帅,沈文博,等.篦式冷却机液压负载敏感比例速度控制系统建模[J].沈阳建筑大学学报:自然科学版,2007,23(5):509-512.

[3] 薛定宇,陈阳泉.基于MA TLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

(责任编校:李聪明)

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,高级工程师,硕士研究生,主要从事液体传动与控制方面的研究。