基于AMESim的輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)建模與仿真

張新生，賈曉鳴，高軍霞

(1.華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.唐縣冀東水泥有限責(zé)任公司，河北 保定 072356；3.唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

基于AMESim的輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)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(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063009；2.唐縣冀東水泥有限責(zé)任公司，河北 保定 072356；3.唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

對(duì)水泥建材行業(yè)研磨設(shè)備中的輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析，采用 AMESim 液壓仿真軟件對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模。以該系統(tǒng)的實(shí)際工作狀況以及有效工作參數(shù)為依據(jù)，通過模擬仿真輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)的工作過程，研究了在外負(fù)載作用下，系統(tǒng)壓力沖擊與蓄能器容積之間的關(guān)系。

輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)；AMESim；壓力沖擊；蓄能器

輥壓機(jī)用于研磨原料、熟料和礦渣，是一種新型節(jié)能的研磨設(shè)備，在水泥工業(yè)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)的性能直接影響生產(chǎn)效率，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，可有效減少研究設(shè)計(jì)時(shí)間，提升系統(tǒng)工作性能。

1 輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理

輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)原理如圖1所示。該液壓系統(tǒng)為壓輥提供壓力，它是由2個(gè)蓄能器、4個(gè)平油缸、1個(gè)液壓站和控制閥件等組成的液氣聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。蓄能器預(yù)先充壓至小于正常操作壓力，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到一定值時(shí)喂料，輥?zhàn)雍笸?，繼續(xù)供壓至操作設(shè)定值時(shí)，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(dòng)機(jī)；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(tǒng)中如壓力過大，液壓油排至蓄能器，使壓力降低，保護(hù)設(shè)備，若壓力繼續(xù)超過上限值時(shí)，自動(dòng)卸壓。操作中系統(tǒng)壓力低于下限值時(shí)，自動(dòng)啟泵增壓。

該液壓系統(tǒng)除了為輥壓機(jī)提供穩(wěn)定的擠壓力之外，還為輥壓機(jī)出現(xiàn)故障及檢修時(shí)提供退輥壓力保障。

輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)主要工作工況為保壓工況。此時(shí)，由于物料顆粒度大小不均勻，輥縫大小發(fā)生變化，液壓系統(tǒng)工作壓力會(huì)因此發(fā)生變化。油液在液壓缸下腔與蓄能器之間流動(dòng)。當(dāng)壓力超過警戒值時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)。電磁溢流閥14打開，給系統(tǒng)卸載。當(dāng)輥縫減小，系統(tǒng)壓力過低時(shí)，壓力傳感器發(fā)出信號(hào)，電磁換向閥(3.1，3.2，5)打開，給系統(tǒng)補(bǔ)油。在此過程中，壓力傳感器頻繁啟動(dòng)，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(jī)液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模

AMESim軟件包是法國IMAGINE公司開發(fā)的用于解決當(dāng)前實(shí)際問題的系統(tǒng)工程的建模、仿真和動(dòng)態(tài)性能分析的圖形化開發(fā)環(huán)境。該軟件提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使得用戶可以在單一的平臺(tái)上建立復(fù)雜的一維多學(xué)科領(lǐng)域的機(jī)電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入分析。

輥壓機(jī)在實(shí)際工作時(shí)，作用在浮動(dòng)輥輪上的力是比較復(fù)雜的。該力是隨機(jī)分布的，其分布規(guī)律與物料顆粒的大小、硬度以及其咬入輥壓機(jī)輥縫的位置等參數(shù)的變化規(guī)律密切相關(guān)。由于這些復(fù)雜的力作用在輥?zhàn)由?，輥?zhàn)臃醋饔迷谝簤焊咨?，造成液壓缸伸縮，從而影響液壓系統(tǒng)內(nèi)壓力的變化。此次要研究的階段是輥壓機(jī)保壓階段，即系統(tǒng)內(nèi)壓力的變化對(duì)系統(tǒng)造成的影響，所以把系統(tǒng)保護(hù)回路省去，直接觀測(cè)系統(tǒng)在無保護(hù)狀態(tài)下，壓力根據(jù)負(fù)載變化的情況。

根據(jù)液壓原理圖以及所需元件，搭建出液壓系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

圖2 輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)仿真模型

運(yùn)行搭建好的模型得出外負(fù)載力變化曲線、液壓缸的位移曲線和系統(tǒng)內(nèi)壓力變化曲線，如圖3所示。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，泵給系統(tǒng)加壓。此時(shí)在外負(fù)載作用下，活塞桿無位移，液壓油液流入蓄能器。隨著系統(tǒng)壓力上升到臨界值，活塞桿開始伸出。當(dāng)活塞到達(dá)限位時(shí)，泵卸載，系統(tǒng)壓力保持不變至負(fù)載開始變化。而后活塞桿位移，系統(tǒng)壓力隨著負(fù)載的變化而變化。綜上，系統(tǒng)搭建成功，符合預(yù)期[1-2]。

圖3 仿真曲線

3 液壓沖擊與蓄能器型號(hào)的關(guān)系

模擬動(dòng)輥在正常工作中突然出現(xiàn)沖擊負(fù)載時(shí)的工況。給系統(tǒng)負(fù)載輸入一個(gè)方波信號(hào)，觀察在不同蓄能器容積下，液壓系統(tǒng)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(shí)，壓力峰值為137.9 bar；容積為60 L時(shí)，壓力峰值為130.1 bar；容積為80 L時(shí)，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(shè)蓄能器容積為無限大，那么柱塞式液壓缸的壓力就永遠(yuǎn)等于蓄能器的壓力，并保持不變，即壓力波動(dòng)為零。所以，蓄能器容積越大，吸收壓力沖擊能力就越強(qiáng)。增大蓄能器容積能有效增強(qiáng)液壓系統(tǒng)吸收壓力沖擊的效果，容許顆粒物更大的物料進(jìn)入輥壓機(jī)粉碎?？紤]到容積為80 L蓄能器體積較大，與輥壓機(jī)整體尺寸不相匹配，故將蓄能器改為2個(gè)40 L蓄能器，通過仿真驗(yàn)證，得出壓力曲線，如圖7所示。最高壓力為93.95 bar，符合系統(tǒng)要求[3]。

圖7 壓力曲線

4 結(jié)論

本文利用AMESim軟件搭建了輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)仿真模型，并通過對(duì)蓄能器在回路中的作用仿真驗(yàn)證了模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)蓄能器型號(hào)對(duì)液壓沖擊的仿真分析，獲得增大蓄能器容積能有效增強(qiáng)液壓系統(tǒng)吸收壓力沖擊的效果這一結(jié)論，并進(jìn)而通過仿真曲線對(duì)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(tái)液壓系統(tǒng)仿真[J].機(jī)床與液壓，2010，38(24)：61-63.

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

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

(責(zé)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