玻璃鋼制品液壓機(jī)四角調(diào)平系統(tǒng)仿真分析

趙嚴(yán)亮

摘 要 玻璃鋼制品壓機(jī)的四角調(diào)平系統(tǒng)是整個(gè)壓機(jī)最核心部分，四角調(diào)平系統(tǒng)的精度直接決定加工產(chǎn)品的品質(zhì)。本文采用目前頂級(jí)液壓仿真軟件——EASY5對(duì)玻璃鋼壓機(jī)的四角調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和模擬仿真。仿真結(jié)果可以作為調(diào)平液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和使用參考。

關(guān)鍵詞 玻璃鋼液壓機(jī) 四角調(diào)平 仿真

片狀模塑料（Sheet Molding Compound，簡(jiǎn)稱SMC）模壓成型工藝具有機(jī)械化程度高、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前已迅速成為纖維增強(qiáng)塑料（Fiber Reinforced Plastic，簡(jiǎn)稱FRP，俗稱玻璃鋼）行業(yè)的一種重要成型工藝。此工藝成型方法的主要設(shè)備就是壓機(jī)，除早年使用的機(jī)械式壓機(jī)外，目前都采用液壓傳動(dòng)的壓機(jī)——液壓機(jī)，玻璃鋼制品液壓機(jī)是集機(jī)、電、液、氣、計(jì)算機(jī)技術(shù)高度一體化的高科技專用設(shè)備，玻璃鋼制品液壓機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)四角調(diào)平系統(tǒng)，即動(dòng)態(tài)調(diào)平-微開模伺服系統(tǒng)，系統(tǒng)是由一被動(dòng)式的排出節(jié)流調(diào)平閉環(huán)與主動(dòng)式的上移同步閉環(huán)組成的復(fù)合系統(tǒng)。其功能一是在制品壓制過程中，對(duì)移動(dòng)橫梁與下橫梁工作面間的平行度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)平，校正由于偏載而造成的移動(dòng)橫梁傾斜；其二是壓制完畢后，進(jìn)行微開模動(dòng)作，使模具均勻地打開微小的縫隙（0.1 mm～0.3 mm），以便進(jìn)行模內(nèi)涂層工藝。

本文簡(jiǎn)單介紹了四角調(diào)平的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成與液壓系統(tǒng)，為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的是否達(dá)到實(shí)際的要求，本文運(yùn)用EASY5軟件對(duì)玻璃鋼制品壓機(jī)四角調(diào)平系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真。

一、四角調(diào)平系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.四角調(diào)平機(jī)械結(jié)構(gòu)。

四角調(diào)平的結(jié)構(gòu)如圖1所示，四個(gè)調(diào)平的液壓缸布置在四個(gè)立柱的外側(cè)，這種布置優(yōu)點(diǎn)是高平過程中所需要的力矩小，需要設(shè)計(jì)的液壓缸噸位較?。蝗秉c(diǎn)是結(jié)構(gòu)不夠緊湊，增加了壓機(jī)的尺寸，不太美觀。

2.四角調(diào)平的液壓系統(tǒng)。

如圖2所示，調(diào)平用的四只液壓缸都是活塞缸，保證了往上、往下兩個(gè)方向的調(diào)平要求，每只活塞缸都配有一個(gè)位移傳感器，采用一個(gè)高頻響比例方向閥進(jìn)行單獨(dú)進(jìn)行控制。高頻響比例方向閥閥控缸系統(tǒng)既能通過換向來控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向，也能通過電流大小成比例的控制流量，因而四角調(diào)平系統(tǒng)是采用帶位置反饋的高頻響比例方向閥控缸系統(tǒng)。

二、基于EASY5四角調(diào)平系統(tǒng)的建模

EASYS誕生于波音公司，具有控制與多學(xué)科動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真分析功能，其龐大的專業(yè)應(yīng)用庫(kù)、精確的模型元件、性能卓越的求解器和豐富的分析手段，可以建立控制及多種學(xué)科領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，進(jìn)行有效的仿真評(píng)價(jià)，幫助用戶對(duì)各類系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)選定、功能評(píng)價(jià)、響應(yīng)分析或控制邏輯設(shè)計(jì)，從而減少物理樣機(jī)試制的風(fēng)險(xiǎn)。

EASY5液壓庫(kù)與控制系統(tǒng)結(jié)合，能方便地建立四角調(diào)平系統(tǒng)的模型，基于液壓原理圖的EASY5仿真模型如圖3所示，油缸的負(fù)載由彈簧來調(diào)定。每只油缸由一個(gè)比例閥控制，其中第一支油缸作為基準(zhǔn)油缸，其余的三支為從動(dòng)油缸，三只從動(dòng)油缸的位置與基背準(zhǔn)缸的位移作運(yùn)算之后分別傳遞給控制器，由控制器通過對(duì)比例閥的控制來達(dá)到調(diào)平的目的。

三、四角調(diào)平系統(tǒng)結(jié)果與分析

1.負(fù)載大小對(duì)調(diào)平的影響。

液壓系統(tǒng)的工作壓力是由負(fù)載決定的，因而可以說，液壓系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)負(fù)載非常敏感的系統(tǒng)，不同的負(fù)載下，調(diào)平精度必然不同。分別以負(fù)載為50 kN、100 kN和150 kN的對(duì)四個(gè)油缸的位置進(jìn)行仿真技術(shù)，其動(dòng)態(tài)調(diào)平曲線如圖4、圖5和圖6所示。

在圖4到圖6中，曲線1是基準(zhǔn)缸的階躍響應(yīng)曲線，其余三條曲線為三隨動(dòng)缸的響應(yīng)曲線，從圖中可以看出，負(fù)載越大，響應(yīng)越慢，調(diào)平的動(dòng)態(tài)精度也越差。因此在調(diào)平時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量減小外負(fù)載。

2.液壓缸活塞位置（缸的容腔）對(duì)調(diào)平的影響。

在調(diào)平缸所需要的調(diào)平工位不同時(shí)，液壓缸的容腔會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，考慮到液壓容腔中充有彈性的液壓油，必會(huì)對(duì)缸的調(diào)平精度產(chǎn)生影響。液壓油的彈性模量比缸要小很多，因而忽略掉液壓缸，柱塞的彈性變形。在業(yè)余缸處于不同的工位是，進(jìn)行調(diào)平，其動(dòng)態(tài)仿真曲線如圖7、圖8和圖9所示。

圖7到圖9依次是初始位置為0 mm、150 mm、300 mm的響應(yīng)曲線，從圖中可以看出，初始位置不同（也就是液壓缸容腔大小不同）對(duì)調(diào)平的影響很少。

四、結(jié)束語

本文以玻璃鋼制品壓機(jī)四角調(diào)平系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)四角調(diào)平的機(jī)械結(jié)構(gòu)布置與液壓系統(tǒng)原理作了介紹，采用EASY5軟件建立了液壓系統(tǒng)模型并進(jìn)行了仿真分析，對(duì)影響調(diào)平結(jié)果的因素作了分析，仿真結(jié)果表明外負(fù)載的大小嚴(yán)重影響調(diào)平速度和精度，而液壓缸的初始位置幾乎不會(huì)影響系統(tǒng)的調(diào)平。

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