液压冲击机构动力学建模问题探讨

虎名 , 名匆月月月月月月八月月月月名 ‘ , 月八皿月月月月月月月月月月 , 泊入劫仪臼伙田入若权泊人叭田入泊人叭口 液属冲击机构动才学 建 模 一 向 题 探 讨 月︸丫砰飞尸冷侧交俘冲仲冲禅决仲冲气代 心 妙 夕 尸 尸 二 妙 ,‘ , 夕 夕 厂 夕 尸 夕丫妙扩龟夕飞夕 夕 断 护 扩动 田树军 ’ 杨国权 刘能宏 荣文生 邵虎成 概述 随着液压凿岩机 、 液压碎石机等一类利 用液压驱动部件冲击功作业的岩石 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 机械 的问世和广泛应用 , 液压冲击机构动力学模 型的建立与完善问题 , 已逐渐成为国内外有 关学者的研究热点 。 液压冲击机构是一种利用流动液体的压 力能驱动冲击部件 通常为液压缸活塞 , 使 之在极短的时间内获得很高的运动速度 , 并 对钎杆等构件实施高速冲击 , 进而对岩石一 类作业对象进行掘进或破碎作业的机构 。 同 传统的气动冲击机构相 比 , 这种冲击机构具 有冲击能量大 、 作业效率高和易于实现 自动 化控制等诸多优点 。 目前以它为核心发展起 来的液压凿岩机 、 液压碎石机和液压夯实机 等一类岩石工程机械 , 已在国际上形成了具 有相 当规模的产业结构 。 与一般的液压系统和部件不同 , 液压冲 击机构的工作始终处在一种周期性的动态变 化过程之中 , 这种特殊的工作方式 , 决定了 该机构的设计开发必须以相应的动态仿真分 析为基本前提 , 否则将无法对一些结构形式 及相应参数进行准确确定 , 也无法保证设计 的结果具有 良好的工作性能 。 所谓液压冲击 机构动力学建模问题 , 是指如何建立与实际 系统结构特征尽可能相符的机构动态数学模 , 大连理工大学机械工程 系液压教研室工学博士 、 副教 授 , 辽宁大连 型 , 以确保仿真分析和优化设计具有较高精 度和可靠性的问题 。 在 完成 国家八五科技攻关课题的过程 中 , 我们对液压冲击机构的有关基础理论进 行了较全面的研究 , 对该机构动力学建模中 的若干基本问题作了较深入的探讨 , 并取得 了一些具有一定学术价值的理论研究成果 。 希望通过本文介绍 , 达到与同类研究学者交 流切磋的目的 。 对若干问题的探讨 关于能蚤精入端子结构的模型描述 迄今所见的国内外有关文献中 , 基本上 都将液压冲击机构的能量输入端描述为恒压 源 , 这种处理方式意味着供油液压泵的流量 是充分大的 , 它无法通过建模和仿真来探查 泵的实际供油流量大小和调压溢流阀调定压 力高低对整个机构动态特性的影响 。 而事实 上 , 上述两个系统参数对机构动态特性的影 响是十分明显的 。 若供油液压泵的流量规格 选得过小 , 则会使液压缸冲击活塞难以获得 理想的冲击末速度 , 在活塞质量一定的前提 下 , 势必会使其冲击功下降 。 在这种情况下 , 即使有进油蓄能器 的瞬时放油流量作为补 充 , 也无法使这一缺陷得到根本的改善 。 而 在另一方面 , 若液压泵流量过大 , 则无疑会 增加溢流阀的溢流量 , 从而使系统的能量利 用率降低 。 同理 , 溢流阀调定压力的高低也 将对系统的综合效率产生显著影响 , 如何使 该阀在绝大部分时间里保持关闭状态 , 而仅 液压 与气动 在冲击活塞处于端点停留且进油蓄能器充油 饱和时才出现短暂开启溢流 , 则需要通过仿 真分析来探索 。 综上所述 , 较为适宜的做法是应将供油 液压泵的流量处理为恒流源 , 并将溢流阀的 特性以可变液阻定义 , 这样不但可以克服上 述不足 , 且便于寻求使机构具有较高效率的 最佳参数匹配 , 这一点已为研究结果所证实 。 关于冲击液压耘两腔液容的描述 某些同类研究是将液压缸液容按定值液 容描述的 , 而事实上因液压缸两腔容积是随 冲击活塞的高速往复运动在很大范围内变化 的 , 故缸两腔液容也将随之作大幅度的变化 。 作者的研究表明 , 只有将液压缸液容按可变 液容定义 , 方能在仿真中展示出在活塞高速 冲击时 , 供油流量 、 通流孔道液阻 、 液压缸 冲击腔压力及冲击活塞末速度等几个因素之 间的动态影响和制约关系 , 且可较大幅度地 提高仿真求解的准确度 。 根据液压流体力学理论 , 液压容腔的液 容应由下式定义 式中 —容腔液容 —空腔容积 —油液体积弹性模量由于液压冲击机构中的冲击活塞是高速 运动部件 , 则相应地液压缸两腔的容积 应 按下式定义 。士月以 , 式中 。 —活塞处在位移零点时的缸腔容积 —液压缸的作用面积 —液压缸活塞位移将式 、 联立 , 即可实现对液压 缸容腔可变液容的准确描述定义 。 经研究实 践表明 , 对液压缸容腔液容是否按可变液容 描述 , 将会使液压冲击机构的动态仿真结果 产生十分显著的差异 , 而通过与实测结果相 对照 , 说明按定值液容定义是不符合机构固 年第 期 有特征的一种过于粗糙的处理方法 , 必须加 以避免 。 关于控制 阀的动 态模型及 其与冲击液 压缸模型之间的联 系 有些研究文献在建模时未将控制滑阀的 动态特性包含在整个液压冲击机构特性之 中 。作者认为这种处理方式具有严重的缺陷 , 它本质上是将控制阀芯的动作 、 各阀口 的通 断等均视为瞬时完成 , 即按静态模型处理 , 与 实际过程相差甚远 。 研究表明 , 控制阀在液 压冲击机构中具有与冲击液压缸相同的重要 地位 , 它的一些结构参数对整个机构特性具 有很大的影响 , 故非但不能按静态模型处理 , 且应予以尽可能详尽的动态模型描述 。 这里值得提及的一点是 , 以往在一些研 究人员和技术人员中有一种误解 , 认为在液 压缸冲击活塞打击钎杆之前 , 缸的后腔 针 对前腔恒高压型液压冲击机构而言 的压力 已开始卸压 , 即认为卸压在前 , 打击在后 , 打 击仅靠惯性冲击实现 。 通过仿真研究发现 , 虽 然 冲击活塞在 临近打击点前 提前量 约为 左右 确 已通过缸体上的发讯 口 使控制 阀芯启动换向 , 但因此时活塞正处于高速状 态下 约为 , 在极短的时间内即可通 过提前量行程而到达打击点 , 而阀芯却正处 在慢速启动阶段 , 且要走过 同样约为 的阀口搭合量才能使缸后腔接通回油使其卸 压 。 相 比较而言 , 两者的行程大致相 同 , 而 速度却相差甚大 , 故缸后腔的卸压根本无法 在打击之前发生 , 由此可以推断 , 活塞的打 击并不单纯靠惯性作用 , 而是在惯性和高压 油的联合作用 下实现的 。这一点 , 可由图 所 示的仿真曲线看得更加清楚 。 试想 , 若不将 控制阀按动态模型来进行详尽的描述 , 将无 法对上述这一问题进行深入的探讨 , 则相应 的认识只能停 留在一种主观想象 的基础 之 上 。 关于缸 、 阀间通流孔道局部液阻的描述 研究表明 , 缸 、 阀间孔道的局部液阻是 制约提高冲击活塞末速度的一个重要 因素 。 在冲击活塞高速运动时 , 最大瞬时所需流量 达泵供油流量的 倍以上 , 该动态流量在呈 直角孔道上必然形成很大的局部压力损失 , 从而使缸冲击腔压力下降 , 进而限制了活塞 冲击末速度的进一步提高 。 因此 , 液压冲击 机构的动力学模型中必须以适当方式对孔道 局部液阻进行描述 , 否则将会造成仿真计算 的较大误差 。 其影响 , 并以适宜方式予以描述 , 可以更全 面准确地展示液压冲击机构的动态特性 。 作 者曾通过仿真模拟 出液压缸高压腔突然卸压 而 引起 的 回油管道液 压 冲击现象 参见图 , 并尝试了设置 回油蓄能器吸收冲击能量 , 均取得了较有典型意义的结果 。 参考文献 户 ’井爪 、 , 卸 ,、滞后时问缉 一二 二二二二布二二 一 ‘ 。 几 了‘ 石十 一 ·《 一 盛 亏寨速 哎 卜 烈 三 一 贬 ’ 一、 , 图 先打击后却压的仿 实例 从实际角度而言 , 作者认为在条件允许 的情况下 , 液压冲击机构液压缸与控制阀间 通油孔道的孔径应尽可能取大些 , 且应尽量 减少呈 度孔道 , 以降低相应的压力损失 。 特别是 , 在孔道设计时 , 绝不可仅以泵供油 流量来校核其压力损失 , 而应以高于该值数 倍的最大瞬时流量来计算 , 否则将导致很大 的计算误差 。 田树军 刘能宏 液压 系统动态建模方法研究及软 件实现 机床与液压 , 田树军 建立液压 系统动态仿真软件包中的几个问 题 液压 与气动 , 刘能宏 田树军 液压 系统动态特性数字仿真 大 连理工大学 出版社 , 田树军 液压 系统动态建模与仿真方法研究及通用 仿真软件包开发 大连理 工大学博士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 , 夏季顺 我国液压凿岩设备的研制 、 及推广应用 凿 岩机械气动工具 , 犷沪 公户‘产‘户公户‘产 、‘户 、‘户尹护尹尹尹、 一 动平衡机电测 管 该系统是 为工业环境 中的应用而设 计 气 ‘ 、 、 , , 。、小 二 二二 袱 , ‘ 、 “ , 、的 , 以数字方式显示不平衡的克数 、 角度 、 转 屯子参数和系统定标参数等数据 。 买现设置 、 兔 二 。 。 , 。。 二‘ 。 。 , , 二 、 气记忆 、 解算定标 、 测量 、 自检等多种功能 。“‘ ,‘ 、 肝开‘ ’, ‘ 、 ‘” , 、 口 ’生 寸夕 , 叨 “匕 ’ 兔 该系统达到 德国同类 系统的 技术性能 飞 指标 , 并于 年 。月通过机械工业部鉴 定 。 兔 该产品性能优越 , 可与各种动平衡机的 软 硬支承桥架配套 , 投资小 , 成效大 。 兔 图 回油管道液压冲击现象仿 曲线 关于进 、 回 油液压 管道的模 型描述 液压冲击机构的进 、 回油液压管道一般 都较长 , 且多为软管 , 故在动态建模时应尽 量考虑两部分管道上的液阻 、 液感及液容效 应 , 必要时可按分段集中参数方式进行模型 设置 。 研究结果表明 , 适当考虑管道特性及 资料裴露膏黔“ 术 ”发公 司备“ 详细 、 地址 ’ 北京““ 区 ”体南 ” 号 ‘’‘ 髦翼 传真 联系人 李启凰 袜尹砂 , 一、 , 、 俨 沪沪 液压 与气动