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专利号: 2015102082975
申请人: 广东工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法,包括如下步骤:

第一步:进行挤压过程能耗分析、柱塞变量泵能耗分析、插装阀阀块能耗分析和挤压缸能耗分析;

挤压过程能耗分析:观察与能源转化、能量损失相关的元件,包括柱塞变量泵、插装阀、主缸,根据元件的输入、输出能耗关系,建立系统的功率平衡方程:Pp=ηpPpi=Pc+Pv(1);

其中,Ppi、Pp、ηp分别表示液压泵的输入功率、输出功率和效率,Pc为主缸1的输出功率,Pv为插装阀阀块的功率损失;

柱塞变量泵能耗分析:对不同泄漏形式设定如下:泵柱塞副泄漏损失qpp、滑靴副泄漏损失qps、配流副泄漏损失qpv、容积压缩损失qpc;此外,将机械效率分为三部分的损失:泵内部件之间相对运动引起的库伦摩擦转矩损失Tps,轴承滚动摩擦产生的力矩损失Tpr;泵内油液粘性阻尼引起的转矩损失Tpv;

柱塞变量泵的能耗关系设定如下:qpa=qpt-Δqp=qpt-(qpp+qps+qpv+qpc),Tpi=Tpa+ΔTp=Tpa+Tps+Tpr+Tpv;

柱塞变量泵的功率损失公式:ΔPp=Ppi-Pp=2πnTpi-pqpa;其中,qpa、qpt分别是液压的实际流量和理论流量,Tpi、Tpa分别为液压的电机供给转矩和输入转矩;

插装阀阀块的功率损失:插装阀的功率损失表现为局部压力损失,当油液进入阀口,在阀芯处的过流面积迅速变小,形成压差,消耗能量,其中压差与阀的开口度和进口压力有关,因压差造成的功率损失可用以下公式表示:Pv=ΔpAqvA;其中,ΔpA为阀口压差,qvA为流经主阀口的流量;

挤压缸能耗分析:挤压缸的功率损失ΔPc有活塞杆与活塞缸之间的机械摩擦损失Pcf、因缸内泄漏形成的容积损失Pck以及活塞杆运动造成的动能势能损失Pcr,挤压缸的输出功率为Pco,得到挤压缸的功率平衡方程:Pc=Pco+ΔPc=Pco+Pcf+Pck+Pcr;

第二步:建立仿真系统模型;

挤压过程液压系统建模仿真:设置挤压过程的液压控制系统模型;

柱塞变量泵模型建立;

挤压缸模型建立;

插装阀模型建立;

第三步:进行仿真结果验证;

仿真结果验证:设置仿真时间为69s,通信间隔时间为0.01s,运行模型并查看仿真结果,得到挤压过程的挤压速度曲线,通过处理,得到挤压过程的各耗能元件的功率特性曲线,接着进一步分析模型的能耗情况;

第四步:进行能耗分析;

能耗分析:对模型的耗能元件进行能耗分析,分析其功率消耗和功率损失,包括柱塞变量泵的输出能耗与损失能耗、进油阀的局部压力损失能耗、泄压阀的溢流损失能耗、挤压缸的输出能耗与损失能耗,并对上述能耗建立曲线图并进行对比,量化能耗分布;

第五步:基于能耗分析进行能耗改进;进行能耗改进:依照得到的量化分布数据,进行针对性改进,提高能耗效率。

2.根据权利要求1所述的挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法,其特征在于所述的第二步中,进行柱塞变量泵模型建立:泵体为斜盘式轴向柱塞变量泵,包括配流盘、柱塞容腔、斜盘柱塞连接器和斜盘控制器三部分;其中,为配流盘设置四个端口,分别表示进油口、出油口、柱塞油口和缸体转角,其进油口、出油口分别与配流盘的高压腔、低压腔相连,缸体转动一周,柱塞完成一次吸油和排油;柱塞容腔由柱塞、液压容腔和泄漏口组成,一端连接柱塞油口,另一端连接斜盘柱塞连接器;斜盘柱塞连接器的传动轴惯性输入端连接电机,当缸体转动,连接器能够驱动柱塞往复运动,并根据输出转角实现吸油和排油功能;

斜盘控制器连接斜盘柱塞连接器的斜盘惯性输入端,可用于调节斜盘倾角,控制泵的排量。

3.根据权利要求2所述的挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法,其特征在于所述变量泵的参数表示如下:柱塞径向位置0.04m,柱塞直径28mm,柱塞数9null,柱塞直径间隙0.01mm,柱塞、缸体接触长度68.4mm,系统压力400null,最大斜盘倾角20degree,压力控制阀直径6mm,滑靴副流量泄漏5.6e-2*dpL/min,配流副流量泄漏1e-2*dpL/min,库伦摩2

擦力矩损失7mm,滚动摩擦力矩损失3mm,缸体转动惯量0.02Kgm,转速2100rev/min。

4.根据权利要求1所述的挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法,其特征在于所述的第二步中,进行挤压缸模型建立:设置各元件的参数如下所示:主缸:活塞直径3

730mm,活塞杆直径730mm,零点位置150mm,死区容积50000cm;辅助油缸:活塞直径200mm,3

活塞杆直径150mm,零点位置30mm,死区容积1000cm,泄露模块缝隙直径0.1mm,泄露模块6

缝隙长度100mm;挤压杆:总质量5x10kg;其中的负载通过现场采集数据得到。

5.根据权利要求1所述的挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法,其特征在于所述的第二步中,进行插装阀模型建立:各元件参数信息如下所示:阀通径40mm,面积比

14.3:1null,阀口直径38.5mm,阀芯质量0.4kg,阀芯-10~10m,弹簧刚度1N/mm,预紧力

1N。