玻璃鋼制品液壓機四角調平系統仿真分析

趙嚴亮

摘 要 玻璃鋼制品壓機的四角調平系統是整個壓機最核心部分，四角調平系統的精度直接決定加工產品的品質。本文采用目前頂級液壓仿真軟件——EASY5對玻璃鋼壓機的四角調平系統進行數學建模和模擬仿真。仿真結果可以作為調平液壓系統的設計、試驗和使用參考。

關鍵詞 玻璃鋼液壓機 四角調平 仿真

片狀模塑料（Sheet Molding Compound，簡稱SMC）模壓成型工藝具有機械化程度高、生產效率高、產品質量穩定、生產成本低等優點，目前已迅速成為纖維增強塑料（Fiber Reinforced Plastic，簡稱FRP，俗稱玻璃鋼）行業的一種重要成型工藝。此工藝成型方法的主要設備就是壓機，除早年使用的機械式壓機外，目前都采用液壓傳動的壓機——液壓機，玻璃鋼制品液壓機是集機、電、液、氣、計算機技術高度一體化的高科技專用設備，玻璃鋼制品液壓機的關鍵技術四角調平系統，即動態調平-微開模伺服系統，系統是由一被動式的排出節流調平閉環與主動式的上移同步閉環組成的復合系統。其功能一是在制品壓制過程中，對移動橫梁與下橫梁工作面間的平行度進行動態調平，校正由于偏載而造成的移動橫梁傾斜；其二是壓制完畢后，進行微開模動作，使模具均勻地打開微小的縫隙（0.1 mm～0.3 mm），以便進行模內涂層工藝。

本文簡單介紹了四角調平的機械結構組成與液壓系統，為了驗證系統設計的是否達到實際的要求，本文運用EASY5軟件對玻璃鋼制品壓機四角調平系統進行建模與仿真。

一、四角調平系統簡介

1.四角調平機械結構。

四角調平的結構如圖1所示，四個調平的液壓缸布置在四個立柱的外側，這種布置優點是高平過程中所需要的力矩小，需要設計的液壓缸噸位較小；缺點是結構不夠緊湊，增加了壓機的尺寸，不太美觀。

2.四角調平的液壓系統。

如圖2所示，調平用的四只液壓缸都是活塞缸，保證了往上、往下兩個方向的調平要求，每只活塞缸都配有一個位移傳感器，采用一個高頻響比例方向閥進行單獨進行控制。高頻響比例方向閥閥控缸系統既能通過換向來控制液壓缸的運動方向，也能通過電流大小成比例的控制流量，因而四角調平系統是采用帶位置反饋的高頻響比例方向閥控缸系統。

二、基于EASY5四角調平系統的建模

EASYS誕生于波音公司，具有控制與多學科動態系統仿真分析功能，其龐大的專業應用庫、精確的模型元件、性能卓越的求解器和豐富的分析手段，可以建立控制及多種學科領域的動態系統模型，進行有效的仿真評價，幫助用戶對各類系統進行參數選定、功能評價、響應分析或控制邏輯設計，從而減少物理樣機試制的風險。

EASY5液壓庫與控制系統結合，能方便地建立四角調平系統的模型，基于液壓原理圖的EASY5仿真模型如圖3所示，油缸的負載由彈簧來調定。每只油缸由一個比例閥控制，其中第一支油缸作為基準油缸，其余的三支為從動油缸，三只從動油缸的位置與基背準缸的位移作運算之后分別傳遞給控制器，由控制器通過對比例閥的控制來達到調平的目的。

三、四角調平系統結果與分析

1.負載大小對調平的影響。

液壓系統的工作壓力是由負載決定的，因而可以說，液壓系統是一個對負載非常敏感的系統，不同的負載下，調平精度必然不同。分別以負載為50 kN、100 kN和150 kN的對四個油缸的位置進行仿真技術，其動態調平曲線如圖4、圖5和圖6所示。

在圖4到圖6中，曲線1是基準缸的階躍響應曲線，其余三條曲線為三隨動缸的響應曲線，從圖中可以看出，負載越大，響應越慢，調平的動態精度也越差。因此在調平時應當盡量減小外負載。

2.液壓缸活塞位置（缸的容腔）對調平的影響。

在調平缸所需要的調平工位不同時，液壓缸的容腔會發生相應的變化，考慮到液壓容腔中充有彈性的液壓油，必會對缸的調平精度產生影響。液壓油的彈性模量比缸要小很多，因而忽略掉液壓缸，柱塞的彈性變形。在業余缸處于不同的工位是，進行調平，其動態仿真曲線如圖7、圖8和圖9所示。

圖7到圖9依次是初始位置為0 mm、150 mm、300 mm的響應曲線，從圖中可以看出，初始位置不同（也就是液壓缸容腔大小不同）對調平的影響很少。

四、結束語

本文以玻璃鋼制品壓機四角調平系統為研究對象，對四角調平的機械結構布置與液壓系統原理作了介紹，采用EASY5軟件建立了液壓系統模型并進行了仿真分析，對影響調平結果的因素作了分析，仿真結果表明外負載的大小嚴重影響調平速度和精度，而液壓缸的初始位置幾乎不會影響系統的調平。

參考文獻

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