全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)壓制部分液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析

全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)壓制部分液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析

1全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真研究自動(dòng)壓磚機(jī)主要用于壓地磚的壓塊。它是壓地磚線中的裝置、電、液一體化的重要裝置。隨著陶瓷工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)陶瓷墻地磚全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、精確性及易操作性提出了愈來(lái)愈高的要求。對(duì)液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)的性能和控制精度等也提出了更高的要求自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)從先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)、仿制、消化吸收，到具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)的設(shè)計(jì)、制造水平取得了顯著的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)壓磚機(jī)的水平已達(dá)到或部分超過(guò)國(guó)外先進(jìn)壓磚機(jī)的水平，但液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要借助于經(jīng)驗(yàn)，而理論上的研究工作較少。我們知道磚坯質(zhì)量的高低、壓磚機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性及運(yùn)行速度的快慢與液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)，因此有必要對(duì)壓磚機(jī)的壓制力、運(yùn)動(dòng)速度、動(dòng)作時(shí)間、行程等參數(shù)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真研究，可以使我們了解壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)主油缸的壓制力、活塞運(yùn)行速度、動(dòng)作時(shí)間及活塞的行程等參數(shù)以及各個(gè)元件間相互影響和作用，從而為進(jìn)一步完善和提高現(xiàn)有的壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能提供理論依據(jù)。本文基于改善全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，針對(duì)YP3280型全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)，采用功率鍵合圖理論作為建模方法，建立了YP3280型全自動(dòng)液壓壓磚機(jī)壓制過(guò)程的鍵合圖模型。再根據(jù)鍵合圖模型與數(shù)學(xué)仿真模型間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在MATLAB6.5中建立仿真程序，得出系統(tǒng)壓制部分活塞運(yùn)行速度和液壓缸壓力的動(dòng)態(tài)特性曲線，并定量分析出元件參數(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)壓制部分動(dòng)態(tài)特性的影響，從而為壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。2建立動(dòng)態(tài)模型功率鍵合圖是系統(tǒng)功率流程的一種圖示表達(dá)方法，液壓系統(tǒng)也是一個(gè)功率轉(zhuǎn)換和功率傳遞系統(tǒng)，因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)可以用發(fā)生在其內(nèi)部的動(dòng)態(tài)功率流來(lái)表示。功率鍵合圖就是這個(gè)原理，將支配控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能及動(dòng)態(tài)響應(yīng)的主要影響因素歸結(jié)為阻性元件R、慣性元件I、容性元件C這三種基本類型，功率流用鍵“圻”表示；系統(tǒng)中各元件間傳遞功率的通口用共勢(shì)結(jié)“0”和共流結(jié)“1”表示，能量轉(zhuǎn)換裝置用功率轉(zhuǎn)換元件TF表示；系統(tǒng)的能源分為勢(shì)源Se和流源Sf。對(duì)于一個(gè)具體的液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)分析的目的不，同時(shí)，建立的模型也不一樣，在滿足要求的前提下模型越小、越簡(jiǎn)單越好，對(duì)于壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)建立其動(dòng)態(tài)模型時(shí)，一些對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響不大的非主要因素可以忽略，同時(shí)在狀態(tài)方程中對(duì)其予以保留并作了盡可能符合實(shí)際的描述，以便對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行更為準(zhǔn)確的模擬。YP3280型壓磚機(jī)壓制部分液壓系統(tǒng)如圖1所示。通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)中各個(gè)元部件的分析得知，為了建立一個(gè)能反映該系統(tǒng)主要靜、動(dòng)態(tài)特征的最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型，在建立壓磚機(jī)液壓系統(tǒng)壓制部分的動(dòng)態(tài)模型時(shí)，需要作一些處理，主要有以下幾點(diǎn)：(1）油源看成是一恒壓源SE，即忽略了溢流閥對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響；（2）對(duì)于泵、缸以及各類液壓閥，因它們的制造精度較高且都具有較好的潤(rùn)滑條件，故不考慮系統(tǒng)的庫(kù)侖摩擦力；（3）忽略油液體積彈性模量隨著管徑、管子的材料和溫度的變化而變化，認(rèn)為油液的體積彈性模量處處相等。油液的動(dòng)力粘度也隨壓力和溫度的變化而變化，但考慮到所研究系統(tǒng)的壓力和溫度變化不大，故將油液的動(dòng)力粘度視為常值；（4）本文采用適合本系統(tǒng)（剛性方程）的ode23s--龍格-庫(kù)塔單步、顯式、變步長(zhǎng)RK-23。用慣性元I、容性元C和阻性元R表示液壓系統(tǒng)中各元件和管路中油液的質(zhì)量、可壓縮性和阻尼。為了使功率鍵合圖模型更真實(shí)地反映實(shí)際系統(tǒng)，模型的參數(shù)均按實(shí)際液壓系統(tǒng)元件的參數(shù)來(lái)加以選取。應(yīng)用功率鍵合圖的基本概念和建模方法，建立壓制部分液壓系統(tǒng)的功率鍵合圖模型。以一次加壓過(guò)程為例，建立液壓系統(tǒng)的功率鍵合圖如圖2所示。3功率鍵合圖建立根據(jù)功率鍵合圖模型可以很方便地建立液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。取慣性元I中的勢(shì)變量P和容性元C中的流變量q為狀態(tài)變量，由功率鍵合圖模型可以知道共有10個(gè)狀態(tài)變量X=[P4V8P13V16P20X19P27V24P33V31]根據(jù)功率流向和因果關(guān)系建立共勢(shì)結(jié)、共流結(jié)功率變量關(guān)系，建立系統(tǒng)的狀態(tài)方程：根據(jù)力泰機(jī)械有限公司提供的參數(shù)，確定系統(tǒng)狀態(tài)方程中的參數(shù)，見(jiàn)表1。4向外壓缸下腔內(nèi)插裝法見(jiàn)圖1確定狀態(tài)方程中各系統(tǒng)參量值及有關(guān)模型參量的值以及狀態(tài)變量的初值后，采用ode23s（龍格-庫(kù)塔單步、顯式、變步長(zhǎng)RK-23算法）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字仿真，得出液壓系統(tǒng)壓制部分活塞運(yùn)動(dòng)速度和液壓缸壓力的動(dòng)態(tài)特性曲線，如圖3～圖7(C8--高壓管路液容，C16--液壓缸上腔液容）所示。由圖3可以看出，在一次加壓過(guò)程中，隨時(shí)間的增加，活塞運(yùn)行速度基本上呈線性快速增加。到0.3秒后，速度接近0.09m/s。由于一次加壓時(shí)的粉料比較疏松，負(fù)載小，故速度快。由圖4可以看出，在0.3秒內(nèi)，液壓缸的壓力逐漸上升到13.5MPa，隨著時(shí)間的推移，最后液壓缸的壓力穩(wěn)定在大約13.5MPa。由于一次加壓時(shí)的粉料比較疏松，負(fù)載小，故主油缸的壓力較小。圖5是改變C8（高壓膠管液容）而得到的活塞運(yùn)行速度仿真曲線。由圖5可以看出，隨著C8的減少，活塞運(yùn)行速度變快。此外，C8與高壓膠管的參數(shù)直徑與長(zhǎng)度成正比，因此減少高壓膠管的直徑或長(zhǎng)度可以使活塞運(yùn)行速度變快。由于改變高壓膠管的直徑或長(zhǎng)度可改變單位時(shí)間流入液壓缸的流量，從而影響活塞運(yùn)行速度。圖6是改變C16（液壓缸上腔液容）而得到的活塞運(yùn)行速度仿真曲線。由圖6可以看出，隨著C16減少，活塞運(yùn)行速度變化快。另外，C16與活塞行程成正比，因此減少活塞行程可增加活塞運(yùn)行速度。由于改變活塞行程可改變流入主油缸的流量，從而影響活塞運(yùn)行速度。圖7是改變R14（主油缸的泄漏）而得到的活塞運(yùn)行速度仿真曲線。由圖7可以看出，隨著R14的減小，活塞的運(yùn)行速度變快。由于主油缸的泄漏越少，主油缸的流量就越大，則活塞的運(yùn)行速度越快。5液壓缸壓力的影響(1）仿真結(jié)果表明，在一次加壓過(guò)程中，隨時(shí)間的增加，活塞運(yùn)行速度基本上呈線性快速增加。改變液壓缸上腔液容、高壓膠管液容和主油缸的泄漏的大小可影響活塞運(yùn)行速度。由于一次加壓時(shí)的