直動式溢流閥的鍵合圖建模與仿真分析.doc

《直動式溢流閥的鍵合圖建模與仿真分析.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、直動式溢流閥的鍵合圖建模與仿真分析溢流閥一種壓力控制閥，在液壓設(shè)備中主要起定壓溢流作用，穩(wěn)壓作用，系統(tǒng)卸荷作用和安全保護(hù)作用。系統(tǒng)正常工作時，閥門關(guān)閉，只有負(fù)載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進(jìn)行過載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加。將直動式溢流閥并聯(lián)在液壓缸的兩腔，手動調(diào)節(jié)溢流壓力，可以當(dāng)做模擬負(fù)載器。1液壓系統(tǒng)及動態(tài)過程任何一個液壓元件總是在某一定的液壓系統(tǒng)中工作的。在繪制功率鍵合圖，進(jìn)行動態(tài)分析時，總是針對某一具體動態(tài)過程進(jìn)行研究的。本研究的直動式溢流閥調(diào)壓系統(tǒng)的液壓原理圖如圖1所示。在圖中所示情況下，液壓泵的供油經(jīng)電磁閥流回油箱，當(dāng)電磁閥突然通

2、電關(guān)閉時，直動式溢流閥由原來的關(guān)閉狀態(tài)到打開溢流，直到系統(tǒng)達(dá)到新的靜平衡狀態(tài)的瞬態(tài)響應(yīng)過程。圖1直動式溢流閥調(diào)壓系統(tǒng)的液壓原理圖在上圖中，因重點(diǎn)研究的是溢流閥，因此對溢流閥本身的影響特性的因素考慮的多一點(diǎn)，其他不必要的可忽略不計。為了便于分析，需要畫出直動式溢流閥的的結(jié)構(gòu)簡圖，該結(jié)構(gòu)簡圖及其與系統(tǒng)其他部分的關(guān)系如圖2。圖2所研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖在建立數(shù)學(xué)模型時，所考慮的的影響因素主要有：溢流閥本身的彈簧柔度C彈、閥芯質(zhì)量I閥、閥口液阻R閥、阻尼孔液阻R孔，及閥芯底部控制油壓力p控。此外，系統(tǒng)其他部分考慮的因素有：泵的泄露液阻R泄、管道（主要是軟管）液容C管及模擬負(fù)

3、載的節(jié)流閥液阻R節(jié)。2功率鍵合圖按照鍵合圖理論，描述一個系統(tǒng)主要使用容性元件C、阻性元件R、慣性元件I、流源Sf、力源Se、轉(zhuǎn)換器TF。將這些基本元件按照功率流程連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的鍵合圖，如圖3。圖3功率鍵合圖圖中帶箭頭的直線表示功率鍵，箭頭表示功率流向。每一根功率鍵上有表示構(gòu)成功率的兩個變量，一般用力變量e和流變量f表示，但在傳遞不同類型能量的系統(tǒng)中，力變量和流變量各有其不同的物理變量。每根鍵上的變量都有腳標(biāo)，以示區(qū)別。圖中功率流程是從左向右的。第一個結(jié)點(diǎn)是0結(jié)點(diǎn)，表示定量泵供給的具有確定流量q1的流源Sf，在同一壓力下有5個分支功率從容腔流出，其中有4個是

4、受作用元控制的，即控制泵泄漏量q3的泄露液阻R泄、控制管道中油液壓縮所補(bǔ)充的流量q2的液容C管、控制供給負(fù)載流量q4的節(jié)流閥液阻R節(jié)以及控制溢流量q5的溢流閥閥口液阻R閥，另一個分支功率是用于控制閥芯運(yùn)動的P6.q6。第二個結(jié)點(diǎn)是1結(jié)點(diǎn)，表示功率流p6.q6在同一流量下又分成兩個功率流，其一是受阻尼孔液阻R孔控制，具有壓力損失p7,相應(yīng)的功率損失為p7.q7，另一支液壓功率流p8.q8，經(jīng)變換器TF轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率F9.v9，作用在閥芯底部來控制閥芯運(yùn)動。最后一個結(jié)點(diǎn)為1結(jié)點(diǎn)，功率流F9.v9在同一運(yùn)動速度下，其力變量F經(jīng)3個分支功率流，分別用于克服彈簧的預(yù)壓緊力

5、F10、彈簧繼續(xù)受壓產(chǎn)生的彈性力F11、以及用于克服慣性力F12以產(chǎn)生閥芯的加速度a12。3狀態(tài)方程3.1確定狀態(tài)變量在推導(dǎo)系統(tǒng)動態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型——狀態(tài)方程時，首先要確定狀態(tài)變量系統(tǒng)的狀態(tài)方程是一階微分方程組，在其變量間有導(dǎo)數(shù)關(guān)系；而在系統(tǒng)的功率鍵合圖中，只有儲能作用元，（容性元C和感性元I）中才有導(dǎo)數(shù)或積分關(guān)系，所以應(yīng)當(dāng)從C和I作用元各自的變量間取一個變量作為狀態(tài)變量。對于C作用元，其自變量為流變量，力變量與流變量間的關(guān)系有或?qū)τ贗作用元，其自變量為力變量，流變量與力變量間的關(guān)系有或?yàn)榱吮阌诮顟B(tài)方程，可以取C元和I元功率鍵上自變量對時間的積分為狀態(tài)變量，

6、即在以下各式中：和取液體體積V、運(yùn)動件位移x、固體或液體動量P為狀態(tài)變量，這些狀態(tài)變量的一階導(dǎo)數(shù)即為原來的自變量。這樣原來的功率鍵上的變量之間的積分關(guān)系就可以轉(zhuǎn)換為狀態(tài)變量和原來的因變量之間的代數(shù)關(guān)系，即和按照上述方法，在圖2-1所示的直動式溢流閥的功率鍵合圖中，C管和C彈功率鍵上的自變量分別為流量q2和速度v11；I閥功率鍵上的自變量為F12，取自變量對時間的積分為狀態(tài)變量，即3.2推導(dǎo)狀態(tài)方程①　先寫出功率鍵合圖中儲能元功率鍵上原來因變量與狀態(tài)變量間的關(guān)系，即，，②　應(yīng)用鍵合圖的規(guī)則及其變量間的邏輯關(guān)系，將各狀態(tài)變量的一階導(dǎo)數(shù)推導(dǎo)成儲能元功率鍵上的因變量及輸

7、入變量的代數(shù)式函數(shù)關(guān)系，如下列各式：①　將第一步中的各關(guān)系式帶入第二步中，并在所得的右端的代數(shù)式中，按所列函數(shù)的順序?qū)懗鰻顟B(tài)變量P12、x11、V2的各項，再寫出輸入變量的各項。如下列各式：這就是一個三階的狀態(tài)方程，它由3個一階微分方程組成。當(dāng)電磁閥關(guān)閉時，，即。由R節(jié)可以確定系統(tǒng)壓力的初始值。在確定溢流閥口液阻R閥時，當(dāng)溢流閥閥芯的位移量x11未超過閥口的遮蓋量x1時，無溢流，，當(dāng)x11>x1時，才有溢流，此時式中Cd——閥口的流量系數(shù)；d——閥芯直徑；——油液密度。可以看出Q溢是x11和V2的非線性函數(shù)。因此系統(tǒng)的模型也必須用非線性的狀態(tài)方程表示，即3.3確

8、定狀態(tài)方程中的各量值閥芯