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液压体系的数据建模与特性探究

发布时间:08-30  

1本操动机构的控制阀系统由一级阀组成,从电-机械转换器驱动一级阀开始,由一级阀驱动二级阀,再由二级阀控制液压缸工作。根据建立控制阀系统数学模型。



根据a二级阀的力平衡方程和合闸一级阀阀口流量方程(忽略单向阀压力损失)得:m?2?x?1?=?A?21?P?V1?-?A?22?P?S?-?B?2Ⅹx?1?-?Kx?1?-?F(1)A?21Ⅹx?1?=?C?d?11?x?11?2(P?S?-?P?V?1)(2)整理,得m?2?x?1?+?B?2Ⅹx?1?+?A?3?21?2C?d?2?11?X?2?11Ⅹx?2?1?+K?x?1?+?F?-?(A?21?-?A?22)P?S?=?0?(3)同理,b的二级阀力平衡方程和分闸一级阀阀口流量方程为m?2?x?2?=?A?22?P?S?-?A?21?P?V1?-?B?2Ⅹx?2?-?Kx?2?-?F(4)A?21Ⅹx?2?=?C?d?12?x?12?2?P?V1(5)m?2?x?2?+?B?2Ⅹx?2?+?A?3?21?2C?d?2?12?X?2?12Ⅹx?2?+?KX?2?+?F?-A?22?P?S?=?0(6)



其中:?A?21,?A?22作用在二级阀芯上油腔油压有效面积(m?2);11,12一级合闸、分闸阀阀口面积梯度(m?);?x?11,?x?12一级合闸、分闸阀阀芯位移(m?);?m?2二级阀阀芯质量(?kg);?P?V1,?P?V2控制油油腔压力(?Pa);?B?2二级阀芯上粘性阻尼系数(N?S?/m?);?K二级阀芯上弹性力和稳态液动力刚度(N?/m?);?F负载力(N?);?C?d阀口流量系数;?A?0一级阀回油口过流面积(m?2);油液密度(?kg/m?2);P?S供油压力(Pa)。



可见,该阀控缸系统得数学模型是二阶非线性微分方程。可以根据所建立的阀控缸数学模型进行仿真和优化设计。



2液压操动机构的速度模型高压断路器的操作速度被视为最能表征其工作能力的参数,而产生这条速度曲线的是断路器的液压操动机构。为了建立液压缸活塞速度模型,作如下假设:(?1)忽略液压缸和锥阀的粘性阻尼。



(?2)忽略锥阀的阀芯质量以及液动力、弹簧力、油压力,认为锥阀阀口是瞬时开启的。



(?3)忽略管道的液阻。



(?4)认为供油压力不变。



(?5)油液是不可压缩的。



由此,可写出活塞力平衡方程和阀口流量方程:m?dv?dt?=?(A?1?-?A?0)P?S?-?A?1?P?-?F(?7)C?d?A?v?2?P?=?A?1?V(?8)其中:?m活塞总质量(?kg);?P?S供油压力(M?pa);?P活塞无杆腔油压(M?pa);?V活塞运动速度(m?/s);?F负载力(N?);?A?V阀口过流面积(m?2);?A?1活塞截面积A?1?=?D?2?/4(m?2);?A?0活塞杆截面积A?0?=?d?2?/4(m?2);C?d流量系数(一般C?d?=?0.?61);油液密度(kg?/m?2)。



整理,得dV?dt?+K?V?2?-?J?=?0(?9)其中:K?=?A?3?1?2C?2?d?A?2?V?m?>?0?J?=(A?1?-?A?0)p?s?-?F?m?>?0解微分方程(?9),得活塞运动速度的数学模型:V=?J?K?e?2?JK?t-?1?e?2?JK?t+?1(?10)因为V=?ds/dt,所以对式(?10)求解,可得出活塞杆位移S的数学公式:S?=?J?K?+?1?K?ln(?0.?5+?0.?5e?-?2?JK?t)(?11)3液压操动机构的速度-位移曲线已知整个液压机构
行程S?=?200mm,液压缸活塞负载力F?=?30kN.其速度-位移曲线如所示。



由速度、位移的数学模型得到主要参数对速度-位移曲线的影响(加速阶段):(?1)负载力F对速度-位移曲线有影响,负载力增大,速度上升减慢,活塞位移量减小。



(?2)活塞质量m?(质量归一化后)对速度-位移曲线有影响。随和质量的增加,速度上升减慢,活塞位移量减小。



(?3)阀口过流面积对速度-位移曲线有影响。A?V很小时,速度很快达到最大速度,随着A?V增加,曲线几乎保持不变。说明在一定行程内,过分增大阀口过流面积是不能加快活塞运动速度的。



(?4)供油压力P?S对速度-位移曲线有影响。随着供油压力增高,速度上升加快,活塞位移量加大。



(?5)液压缸活塞直径D?(即截面积)对速度-位移曲线有影响。活塞直径存在一个最优值。



4结论本文对液压操动机构所涉及的理论进行细致的研究,为液压机构的设计及以后的结构优化提供了理论依据。所做工作如下:(?1)建立液压机构阀体系统的数学模型,采用流体动力学及运动学原理进行描述。



(?2)断路器速度特性曲线的好坏直接影响到断路器的开断特性。为了保证速度曲线,液压机构阀控系统的设计至关重要。为此,建立了速度模型和位移模型。 ??

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