液壓打樁錘主控閥換向過程建模與仿真

液壓打樁錘主控閥換向過程建模與仿真

支撐臂的工作量大，能量傳輸效率高。它可以調(diào)節(jié)切割和施工中產(chǎn)生的噪聲和污染量。1主電源的工作原則和結構1.1油缸狀態(tài)下的合理控制圖l所示為液壓打樁錘柔性沖擊控制系統(tǒng)液壓原理圖。初始狀態(tài)下,錘體2處于下位,行程控制閥3處于右位,主控閥12在油缸氮氣腔壓力和彈簧力的作用處于右位。當操作閥13時,主控閥12左端的環(huán)形面AK作用有系統(tǒng)壓力p1.2活動管路的設計主控閥的結構比普通二位四通液控換向閥復雜,其主要特點是閥芯左端有2個液壓控制口,閥芯右端有一氣壓控制口,在閥體內(nèi)部還有一反饋腔與閥芯右端相通。通過幾個控制口中壓力的變化即可實現(xiàn)閥芯的換向功能,如圖2所示。為加工制造的方便將活塞做成三段,即左柱塞2,活塞4和右柱塞5。右端蓋7與右柱塞5的環(huán)形腔通過反饋油孔與B口相通,這使得主控閥具有記憶功能,即一旦主控閥接受行程閥傳遞的信號換向至左位,它將一直使閥芯處于左位,直到氮氣腔壓力大于控制壓力的換向信號傳來,此后主控閥將一直處于右位,直到再次觸動行程閥。裝配時,閥芯4在彈簧6的預壓縮力作用下處于右位。閥芯4和閥體3采用正開口形式,避免了壓力反饋換向時高頻高壓信號的干擾。當系統(tǒng)壓力作用于AK處,控制壓力作用于AK1處時,閥芯移動并保持在左位;當AK3處的氣壓值超過AK1的控制壓力時,閥芯移動并保持在右位直到樁錘下落行程到位。通過調(diào)節(jié)AK1的壓力p2主控閥性能測試系統(tǒng)為完成主控閥換向快速性,平穩(wěn)性的測試,最直接的測試方案是測量主控閥閥芯的位移時間曲線。但是,主控閥兩端都接有控制回路,位移傳感器的安裝不方便,因此本文采用插裝閥控制腔的壓力突變來判斷主控閥是否換向,在打樁錘系統(tǒng)的基礎上設計了采用測量壓力來測試主控閥性能的方案,如圖3所示。忽略管道的影響,插裝閥控制腔壓力突變的時刻可以認為是主控閥換向完畢的時刻,即控制腔壓力發(fā)生壓力突變所需時間為主控閥換向時間。在主控閥換向性能測試的參數(shù)設定時,先調(diào)節(jié)閥右端圓形面積AK3作用的壓力至1.7MPa,它通過調(diào)節(jié)減壓閥13和截止閥12,觀察壓力表11讀數(shù)實現(xiàn)。調(diào)節(jié)溢流閥15將系統(tǒng)壓力調(diào)至21MPa。使電磁閥2得電,調(diào)節(jié)單向減壓閥3,觀察壓力表5使左端圓形面積AK1作用壓力為2.2MPa。實驗操作時,電磁閥2得電1s后斷開,然后保持該狀態(tài)。傳感器8和9所測壓力分別為插裝閥7控制腔壓力p測試的數(shù)據(jù)表明:主控閥在0~1s向右運動至左位時,壓力p3主介質(zhì)流變換的數(shù)學模型和模擬3.1閥芯質(zhì)量,l由牛頓定理可知,主控閥閥芯的運動方程如式(1)所示:其中:m為閥芯質(zhì)量,kg;S為閥芯位移,m;p忽略油管的液容效應,對主控閥的AK腔供油口應用連續(xù)性方程有:其中d對插裝閥7的控制腔應用連續(xù)性方程有:其中:w=πd其中:V對插裝閥10的控制腔應用連續(xù)性方程有:其中:V3.2主控閥換向的模擬仿真主控閥換向過程包含4個運動狀態(tài),這幾個狀態(tài)是按一定條件轉換循環(huán)進行的。在Simulink中實現(xiàn)主控閥換向過程模擬仿真的關鍵是解決狀態(tài)轉換問題。使用Stateflow生成監(jiān)控邏輯,嵌入到Simulink中,可以方便的解決Simulink中的狀態(tài)轉換問題3.3ode15s仿真用矩形波模擬左端控制壓力變化,仿真參數(shù)如表1所示。采用ode15s(stiff/NDF)算法對模型進行求解,所得p圖7的仿真數(shù)據(jù)表明:主控閥在0~1s向右運動至左位時,壓力p4彈簧剛度k對主控閥換向的影響實現(xiàn)主控閥對柔性沖擊換向系統(tǒng)的快速控制,主控閥的最大流量要求達到400~600L/min。而主控閥的最大通流量由閥芯直徑d圖8所示為內(nèi)腔直徑D對主控閥換向的影響。隨著直徑D的增大,p圖9所示為彈簧剛度K對主控閥換向的影響。隨著彈簧剛度K的減小,p圖10和圖11所示分別為閥體中反饋油孔的直徑d5加強主控閥換向性能實驗,建立模型的基礎仿真模型(1)結合液壓打樁錘的工作特點,分析主控閥的工作原理和結構。該主控閥的應用實現(xiàn)了打樁過程的柔性換向和打擊能,打擊頻率的無級調(diào)節(jié)。(2)根據(jù)主控閥換向性能實驗的數(shù)學模型,采用Matlab和Stateflow建立的仿真