篦式冷卻機液壓系統管路沖擊的仿真研究

曹 成,王寶中

(河北理工大學機械工程學院,河北唐山 063009)

篦式冷卻機液壓系統管路沖擊的仿真研究

曹 成,王寶中

(河北理工大學機械工程學院,河北唐山 063009)

通過對篦式冷卻機液壓系統建模仿真,發現電液換向閥頻繁換向時,在執行元件入口處存在較大壓力沖擊,造成液壓系統管路破裂。將電液換向閥改為比例方向閥后,仿真結果顯示沖擊明顯減小,滿足系統工作要求。

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設備。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,由液壓系統驅動,在定篦板間往復滑動。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。

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

1 液壓系統原理

篦式冷卻機篦床的液壓驅動系統由液壓泵站、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;篦床的往復運動通過電液動換向閥控制液壓缸的往復運動和壓力的負載敏感系統。

圖1 篦式冷卻機系統原理圖

2 數學建模

液壓缸活塞及活塞桿的等效質量m,活塞的粘性阻尼系數B2,外負載 F,活塞位移 y,液控換向閥彈簧剛度 K,閥芯質量m閥,閥芯粘性阻尼系數 B1,液控換向閥閥芯位移 x, p1,p2為液控換向閥閥芯兩側控制腔壓力,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。不考慮管道動態及管道的動態特性,回油壓力為零。因電磁換向閥響應速度很快,所以只考慮其流量特性。

2.1 液控換向閥有關方程

液控換向閥閥芯受力平衡方程:

液控換向閥閥口流量連續方程:

2.2 執行機構相關方程

液壓缸無桿腔的流量連續性方程(忽略缸的內外泄漏,認為兩缸完全同步):

液壓缸活塞的受力平衡方程:

2.3 負載敏感泵相關方程

圖2 敏感變量泵工作原理圖

(1)變量機構有關方程

(2)敏感控制閥相關方程

將上述方程進行拉氏變換,并消去中間變量,系統最終方程如下:

其中各個參數定義為

3 仿真

基于Matlab平臺的Simulink是動態系統仿真領域中最為著名的仿真集成環境之一,它可幫助用戶迅速構建自己的動態系統模型,并在此基礎上進行仿真分析,通過仿真結果修正系統設計,從而快速完成系統的設計。

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,執行元件入口壓力仿真結果分別如圖3,圖4,圖5所示。

從圖中對比看出,在突然換向的瞬間,執行元件的入口壓力存在超調,在較短時間內峰值達到近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,但不穩定性加劇,這必將增加液壓缸運行速度的不平穩性。

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,出現較高壓力超調。現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,

執行元件入口壓力仿真結果如圖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 結論

對于周期性速度變化較快的液壓系統,采用電液換向閥實現換向會給系統帶來較大的壓力沖擊,甚至造成液壓系統管路破裂。對于此類系統,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動比例速度控制系統[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建模[J].沈陽建筑大學學報:自然科學版,2007,23(5):509-512.

[3] 薛定宇,陳陽泉.基于MA TLAB/Simulink的系統仿真技術與應用[M].北京:清華大學出版社,2002.

(責任編校: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。