液压增压单井增注系统动态仿真

　　引言

　　液压系统的动态仿真对于改进液压系统的设计,提高液压系统的可靠性都具有重要意义。随着液压系统逐渐趋于复杂和对液压系统仿真要求的不断提高,传统的利用微分方程和差分方程建模进行动态特性仿真的方法已经不能满足需要。MATLAB语言集科学计算、自动控制、信号处理等功能于一体,具有极高的编程效率。

　　同时MATLAB还提供了SIMULINK软件包,利用该软件包可以方便地对液压系统的动态特性进行仿真。SIMULINK是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境,它使MATLAB语言的功能得到进一步的扩展。

　　SIMULINK软件包的特色在于:实现可视化建模。在WINDOWS视窗里,用户通过简单的鼠标操作就可以建立直观的系统模型并进行仿真。实现了多工作环境间文件互用和数据交换,具有方便、直观和灵活的优点。因此SIMULINK软件包是对液压系统动态特性进行仿真的强有力的工具。

　　1 液压增压单井增注动态系统

　　增压注水液压系统包括管网待增压压力水源、过滤器、由先导球阀和插装阀组组成的二位四通机能换向阀、双作用液压增压缸、高压蓄能器、单向阀组、溢流阀以及由液压缸活塞驱动并与先导球阀连接的位置反馈式换向装置,如图1所示。

　　图示状态下,注水管网系统有压水流经过滤器、换向阀,进入液压增压缸左工作腔,推动活塞及活塞杆组右行,液压增压缸右工作腔的部分液体经换向阀进入低压管线,另外一部分液体经过单向阀3被吸入液压增压缸右增压腔,左增压腔的液体增压后经过单向阀2进入高压管线并注入高压注水井。当活塞及活塞杆组右行至右设计点时,便驱动右换向柱塞5碰及右行程开关7,使换向阀电磁铁通电而换向,管网有压水流则进入液压缸右工作腔,推动活塞及活塞杆组左行,此时增压缸左工作腔的部分液体经换向阀进入低压管线,另一部分液体经过单向阀1被吸入液压增压缸左增压腔,右增压腔的液体增压后经过单向阀4进入高压管线并注入高压注水井。当活塞及活塞杆组到达左设计点时,便驱动左换向柱塞6碰及左行程开关8,使换向阀电磁铁断电而换向,完成液压增压系统一个周期的运行。

　　在系统的设计中,换向阀组、单流阀组都利用锥阀的组合来得以实现,下面我们以锥阀为研究对象,如图2所示。

　　式中 Q0--来水流量,m³

　　c--阀口流量系数,无量纲

　　d1--阀芯直径,m

　　d2--阀孔直径,m

　　xv--阀芯开启量,m

　　A--插装阀半锥角

　　k--弹簧的弹性系数,N/m

　　代入已知值后可以得到: