基于AMESim的輥壓機液壓系統建模與仿真

張新生，賈曉鳴，高軍霞

(1.華北理工大學 機械工程學院，河北 唐山 063009；2.唐縣冀東水泥有限責任公司，河北 保定 072356；3.唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

基于AMESim的輥壓機液壓系統建模與仿真

張新生1，2，賈曉鳴1，高軍霞3

(1.華北理工大學 機械工程學院，河北 唐山 063009；2.唐縣冀東水泥有限責任公司，河北 保定 072356；3.唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

對水泥建材行業研磨設備中的輥壓機液壓系統工作原理進行分析，采用 AMESim 液壓仿真軟件對液壓系統進行建模。以該系統的實際工作狀況以及有效工作參數為依據，通過模擬仿真輥壓機液壓系統的工作過程，研究了在外負載作用下，系統壓力沖擊與蓄能器容積之間的關系。

輥壓機液壓系統；AMESim；壓力沖擊；蓄能器

輥壓機用于研磨原料、熟料和礦渣，是一種新型節能的研磨設備，在水泥工業系統中起著關鍵作用。輥壓機液壓系統的性能直接影響生產效率，進而影響經濟效益。因此，對所設計的液壓系統進行仿真研究，可有效減少研究設計時間，提升系統工作性能。

1 輥壓機液壓系統工作原理

輥壓機液壓系統原理如圖1所示。該液壓系統為壓輥提供壓力，它是由2個蓄能器、4個平油缸、1個液壓站和控制閥件等組成的液氣聯動系統。蓄能器預先充壓至小于正常操作壓力，當系統壓力達到一定值時喂料，輥子后退，繼續供壓至操作設定值時，油泵停止。

1-空氣濾清器；2-高壓過濾器；3(3.1，3.2)-磁換向閥；4-壓力表；5-電磁換向閥；6-直角單向閥；7-球閥；8-壓力傳感器；9-泵；10-電動機；11-溢流閥；12-溢流閥；13-蓄能器；14-電磁溢流閥；15-液壓缸

正常工作情況下油泵不工作，系統中如壓力過大，液壓油排至蓄能器，使壓力降低，保護設備，若壓力繼續超過上限值時，自動卸壓。操作中系統壓力低于下限值時，自動啟泵增壓。

該液壓系統除了為輥壓機提供穩定的擠壓力之外，還為輥壓機出現故障及檢修時提供退輥壓力保障。

輥壓機液壓系統主要工作工況為保壓工況。此時，由于物料顆粒度大小不均勻，輥縫大小發生變化，液壓系統工作壓力會因此發生變化。油液在液壓缸下腔與蓄能器之間流動。當壓力超過警戒值時，壓力傳感器發出信號。電磁溢流閥14打開，給系統卸載。當輥縫減小，系統壓力過低時，壓力傳感器發出信號，電磁換向閥(3.1，3.2，5)打開，給系統補油。在此過程中，壓力傳感器頻繁啟動，承受壓力峰值，極易造成傳感器損壞。

2 基于AMESim軟件的輥壓機液壓系統數學建模

AMESim軟件包是法國IMAGINE公司開發的用于解決當前實際問題的系統工程的建模、仿真和動態性能分析的圖形化開發環境。該軟件提供了一個系統級工程設計的完整平臺，使得用戶可以在單一的平臺上建立復雜的一維多學科領域的機電液一體化系統模型，并在此基礎上進行仿真計算和深入分析。

輥壓機在實際工作時，作用在浮動輥輪上的力是比較復雜的。該力是隨機分布的，其分布規律與物料顆粒的大小、硬度以及其咬入輥壓機輥縫的位置等參數的變化規律密切相關。由于這些復雜的力作用在輥子上，輥子反作用在液壓缸上，造成液壓缸伸縮，從而影響液壓系統內壓力的變化。此次要研究的階段是輥壓機保壓階段，即系統內壓力的變化對系統造成的影響，所以把系統保護回路省去，直接觀測系統在無保護狀態下，壓力根據負載變化的情況。

根據液壓原理圖以及所需元件，搭建出液壓系統仿真模型，如圖2所示。

圖2 輥壓機液壓系統仿真模型

運行搭建好的模型得出外負載力變化曲線、液壓缸的位移曲線和系統內壓力變化曲線，如圖3所示。電動機啟動，泵給系統加壓。此時在外負載作用下，活塞桿無位移，液壓油液流入蓄能器。隨著系統壓力上升到臨界值，活塞桿開始伸出。當活塞到達限位時，泵卸載，系統壓力保持不變至負載開始變化。而后活塞桿位移，系統壓力隨著負載的變化而變化。綜上，系統搭建成功，符合預期[1-2]。

圖3 仿真曲線

3 液壓沖擊與蓄能器型號的關系

模擬動輥在正常工作中突然出現沖擊負載時的工況。給系統負載輸入一個方波信號，觀察在不同蓄能器容積下，液壓系統的壓力沖擊變化曲線，如圖4至圖6所示。

圖4 壓力曲線(蓄能器容積40 L)

圖5 壓力曲線(蓄能器容積60 L)

圖6 壓力曲線(蓄能器容積80 L)

由圖4至圖6可知：蓄能器容積40 L時，壓力峰值為137.9 bar；容積為60 L時，壓力峰值為130.1 bar；容積為80 L時，壓力峰值為119.1 bar。隨著蓄能器容積的增大，同樣的外力變化下，壓力沖擊不斷減小。最極端情況下，假設蓄能器容積為無限大，那么柱塞式液壓缸的壓力就永遠等于蓄能器的壓力，并保持不變，即壓力波動為零。所以，蓄能器容積越大，吸收壓力沖擊能力就越強。增大蓄能器容積能有效增強液壓系統吸收壓力沖擊的效果，容許顆粒物更大的物料進入輥壓機粉碎。考慮到容積為80 L蓄能器體積較大，與輥壓機整體尺寸不相匹配，故將蓄能器改為2個40 L蓄能器，通過仿真驗證，得出壓力曲線，如圖7所示。最高壓力為93.95 bar，符合系統要求[3]。

圖7 壓力曲線

4 結論

本文利用AMESim軟件搭建了輥壓機液壓系統仿真模型，并通過對蓄能器在回路中的作用仿真驗證了模型的可靠性。在此基礎上，通過對蓄能器型號對液壓沖擊的仿真分析，獲得增大蓄能器容積能有效增強液壓系統吸收壓力沖擊的效果這一結論，并進而通過仿真曲線對比，確定了主控蓄能器的容積選型。

[1] 趙志國，余洋，魯冰，等. 基于AMESim的軌道架線車升降平臺液壓系統仿真[J].機床與液壓，2010，38(24)：61-63.

[2] 付永領，祁曉野.AMESim系統建模和仿真：從入門到精通[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[3] 柯尊榮.輥壓機液壓系統建模與主控蓄能器研究[D].武漢：華中科技大學，2003.

(責任編校：白麗娟)

AMESim-Based Modeling and Simulation of the Roller Press Hydraulic System

ZHANG Xin-sheng1，2， JIA Xiao-ming1， GAO Jun-xia3

(1.College of Mechanical Engineering，North China University of Science and Technology， Tangshan 063009， China； 2.Tang Xian Jidong Cement Co.， Ltd， Baoding 072356， China； 3.Department of Electromechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

The authors of this paper have established a model of the roller press hydraulic system though the simulation software of AMESim and on the basis of the analysis of the working principle of the roller press hydraulic system of grinding equipment in cement industry， and studied the relationship between the system pressure impact and the accumulator volume under the influence of outer loads through the simulation of the working process of the roller press hydraulic system and the actual working condition and parameters of this system.

roller press hydraulic system； AMESim； pressure shock； accumulator

TP391.92

A

1672-349X(2015)03-0042-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.03.015