基于MATLAB/SIMULINK的篦式冷却机液压系统改造

　　1 引言

　　在现代工业的发展过程中，应用计算机仿真技术对液压传动与控制系统的性能进行分析具有重要意义。计算机仿真不仅可以预测系统性能，缩短设计周期，还可对系统进行整体分析与评估，优化系统。仿真实验已成为液压系统设计和改造的主要方面。篦式冷却机是对水泥熟料进行冷却、热回收和输送的一种设备。为获得高冷却效率、高热回收率和高运转率，篦式冷却机液压传动装置必须能适应复杂多变的工况，自动且平稳地调整篦床的推动速度，无任何冲击和振动，以保证运动构件的长期安全工作和使用寿命，保证低故障率。本文应用 MATLAB 软件中的动态仿真工具 SIMU-LINK 对原液压系统进行了仿真研究，找出影响液压系统性能的因素，对原系统进行了改造。

　　2 原篦式冷却机液压系统

　　篦式冷却机篦床的液压驱动系统由负载敏感变量液压泵、电液动换向阀、单向节流阀、液压缸等组成。系统原理图如图1 所示。

　　该篦式冷却机液压系统的速度变化特点是周期性的变速运动，一般运动速度为4 ～12 次/min。系统正常工作压力为13 ～16 MPa。

　　2. 1 系统模型

　　液压缸活塞及活塞杆的等效质量m，活塞的粘性阻尼系数B₂，外负载F，活塞位移y，液控换向阀弹簧刚度K，阀芯质量m阀，阀芯粘性阻尼系数B₁，液控换向阀阀芯位移x。p₁，p₂为液控换向阀阀芯两侧控制腔压力。q 为液控阀控制腔的输入流量，q' 为液控换向阀的阀口流量，βe为油液的体积弹性模量。

　　为简化讨论，假定: 因阀芯和阀套加工配合良好，忽略阀的泄漏以及单向阀的液阻，泵的泄漏和液容，不考虑管道动态及管道的动态特性，回油压力为零。

　　利用MATLAB 平台提供的 SIMULINK 仿真软件建立仿真模型如图2 所示。

　　2. 2 系统仿真

　　仿真时，给液控阀左控制腔输入一个周期为4 s的压力脉冲信号，模拟电液动换向阀的换向瞬间。仿真结果如图3、图4 所示。

　　由图4 中可看出，在突然换向的瞬间，执行元件的入口压力峰值在较短时间内最高达到将近12 × 10¹¹Pa，调整时间为1 s，液压缸内部较大的压力冲击，破坏系统稳定性，同时液压缸的运行速度亦不平稳，上下波动范围较大。经分析认为此种现象的出现主要是由于篦冷机执行元件的行程较短( 仅130 mm) 、运行速度周期性变化快，使得液控换向阀频繁换向、即阀芯频繁地进行开关动作，给系统带来了巨大的液压冲击，从而造成设备运行不久即发生管道破裂事故。

　　3 篦式冷却机系统改造方案