电动液控闸阀仿真分析

　　矿井自动排水系统是数字化矿井组成的一个关键环节,由于工业发展和理论研究的限制,矿井排水长期无法实现自动化。制约矿井排水自动化实现的关键环节之一是控制水泵出口的闸阀。现有水泵出口控制用电动闸阀,由于其采用丝杠螺母机构传动,不仅传动效率低而且特容易出现脱扣导致失效等问题,同时在电动闸阀控制过程中极易出现楔死打不开或者开闭速度过快导致出现水锤现象。

　　分析电动液控闸阀系统的工作原理,利用键合图理论建立系统数学模型,并在MATLAB环境下编写了M函数对该系统进行了数字仿真,仿真结果与试验结果基本相符,证明仿真模型的正确性,为该系统的深入研究打下基础。

　　1　电动液控闸阀动态特性分析

　　1·1　电液闸阀的工作原理

　　电动液控闸阀主要由阀体、防爆电动机、液压系统组成。而液压系统主要由液压缸、液压泵和液压阀组成,液压泵和液压阀集成在液压油缸内部。防爆电动机驱动液压泵,液压泵通过一个差动回路驱动双液压缸做往复直线运动,从而带动闸阀的闸板做开启和关闭动作。液压系统设有过载保护功能,保证了闸阀的安全运行,不会造成阀杆弯曲,闸阀楔死等现象。其外形如图1所示,其液压原理如图2所示。

　　1·2　电动液控闸阀的功率键合图模型

　　电动液控闸阀在阀板打开和关闭的过程中阀板受力大小不是恒定的,主要表现在阀板与阀体之间的摩擦力随着开度的变化而变化。电动液控闸阀的工作过程是在液压力的作用下,闸阀打开或者关闭。在多级离心水泵正常运转的情况下,闸阀的开度变化会引起流量的变化,进而影响水泵出口的压力。而这个压力的变化会造成闸阀阀板受侧压不平衡的状况发生变化。当闸阀逐渐打开,水泵出口的压力逐渐变小,阀板两侧的压力由不平衡快速跃变为基本平衡,相应的阀板与阀体之间的摩擦力由很大急剧变为很小(小到可以不考虑阀板与阀体之间的摩擦力)。这种摩擦力很小的状态持续到阀板全部开启。相反的过程,在阀门开度逐渐关小的过程中,闸阀阀板两侧受水压不平衡的情况会逐渐加剧。阀板与阀体之间的摩擦力会发生由很小到很大的跃变。因此,为验证系统的稳定性,需要对上述2种情况下的液压缸动态特性进行分析。由于在阀门关闭的过程中受力过程恰好与开阀相反,对阀门全部关闭的情况下打开进行分析。而动态受力相类似,对此略去。同时还对不同开启速度的压力变化进行仿真。

　　从3个方面来讨论液压缸的瞬态响应特性:①负载恒定,输入流量变化时(如油泵突然开启)液压缸的运动速度会发生波动。②输入流量恒定,外负载突然变化时会使液压缸产生速度不稳定。③开启速度变化时,系统压力变化。