关于1.5mn液压机缓冲减振系统的设计与仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第183期)机械工程与自动化NO．22014年O4月MECHANICALENGINEERING＆AUT【)MATIONApr．文章编号：1672—6413(2014)02—0029—0313．5MN液压机缓冲减振系统的设计与仿真分析周加永，孟小净，纪平鑫(西北机电工程研究所，陕西成阳712099)摘要：对13．5MN液压机的缓冲减振机理进行了简单介绍，随后对节流缓冲和蓄能器节流缓冲分别进行了仿真分析，论证了蓄能器缓冲减振系统的正确性与可行性。关键词：液压机

2、；缓冲减振；仿真分析；MATLAB／Simulink中图分类号；TP271．31：TP391．9文献标识码：A1设置缓冲减振系统的必要性图2为工作缸结构简图，其最大缓冲行程为6O本文所研究的13．5MN液压机属于下传动式液mm。图3为l3．5MN液压机节流缓冲减振系统简压机，该液压机的工作缸安装在下横梁上，工作行程为图，它由溢流阀、工作缸和节流阀等元件所组成，其中柱塞向上运动。该液压机工作时首先需要施加相应的节流阀是电液比例插装阀的等效元件。液压机工作缸压力，而后才实现特殊运动。该液压机主要完成上下的

3、柱塞开始进入到缓冲行程时，给电液比例插装阀通往复直线运动，整个工作循环过程包括上升过程、加压电，阀芯开始动作，当阀芯的开度达到预设开度时，断过程、保压过程、卸压过程和下降过程。电使电液比例插装阀的阀芯停止运动，这时电液比例图l为液压机回程过程中柱塞速度和行程变化曲插装阀具有节流阀的作用。线。其中，O～z为柱塞开始加速运动的阶段，在此过程中动梁从相对于地面的最高位置开始向下运动，速度逐渐增大；z～。为柱塞的运动平衡阶段；X。～z。为柱塞减速运动的阶段，在此阶段柱塞进入到缓冲行程，随着阻力的增加动梁的速度

4、减小，并在规定位置停IE运动。图2工作缸结构简图图3节流缓冲减振系统简图2．1数学模型的建立(1)工作缸的流量方程为：图l柱譬递度和行程的变化曲线q(t)一A面Yl十ql∽．(1)为避免动梁在向下运动过程中由于速度过大对工作缸的缸底产生过大的冲击，因此为13．5MN液压机其中：q为节流阀流量；E为油液体积模量；V为工作缸工作容积；为工作缸内油液的压力；k。为工作缸设计了节流缓冲减振系统，由于该节流缓冲减振系统的泄漏系数；为柱塞位移；A为柱塞有效面积。的缓冲减振效果不是很理想，在此基础上对工作缸以(2)

5、机架的受力方程为：及缓冲系统进行了改进，得到缓冲减振效果较为理想的蓄能器节流缓冲减振系统。Ap)--Mg=M．(2)2节流缓冲减振过程仿真分析其中：M为液压机机身质量；K为机身等效刚度；“为收稿日期：2013—08—19；修回日期；2013—10—29作者简介：周加永(1984一)，男，山东临沂人，助理工程师，硕士，主要从事液压及机械设计工作。学兔兔www.xuetutu.com3O·机械工程与自动化2014年第2期·振的效果不是很理想，因此为了得到更好的缓冲减振机架的相关变形量；为阻尼系数。效果，可

6、采用以下方案：①进一步改进该液压机的缓冲(3)柱塞的受力方程为：减振系统，在原来的节流缓冲减振系统中增加一蓄能Ap)：=：m+B+mg．(3)器，设计新的蓄能器节流缓冲减振系统；②改变液压机其中：B为油液的黏性阻尼系数；为工作缸的柱塞质工作缸的内部结构，并且保证缓冲行程仍为6OmiD_。量。(4)柱塞的位移方程为：(￡)一z()+“(￡)．(4)，其中：为柱塞相对地面的距离。(5)插装阀阀1：1处的流量方程为：ql()=CAr(pl()--p2(￡))．(5)其中：a为阀口处的指数；户。为出口压力；A

7、为节流口的有效面积；C为阀I：1处的流量系数。图6节流缓冲减振系统中柱塞位移曲线现将式(1)～式(5)进行拉氏变换，得到：3蓄能器节流缓冲减振过程仿真分析Q(s)一AsX(s)+是1Pl(s)+iY1sPl(s)十图7为13．5MN液压机的工作缸改进后的结构简图，其缓冲行程最大仍为60mm。图7中的工作缸Q(s)．(6)采用能量缓冲减振法，先把工作缸中需要排回油箱的AP(s)一ms。X(s)+BsX(s)．(7)油液封装，再使被封装的油液经过节流小孔流出，这样API(s)一s)一K2U()=MsU()

8、．(8)就会对柱塞产生更大的阻力，使柱塞在下落时的速度X(s)一X()+U(s)．(9)Q1(s)一是l(Pl(s)一尸2(s))．(10)降低。图8为蓄能器减振系统简图，它由蓄能器、节流阀2．2仿真模型的建立与分析．和溢流阀等组成，蓄能器的主要作用是吸收存储工作根据拉氏变换后的式(6)～式(1O)在MATLAB／过程中多余的油液。Simulink中建立13．5MN液压机节流缓冲减振系统的仿真模型，如图4所示。能器图7改进后的工作缸结构简图图8蓄能器减振