全自动液压压砖机液压压制系统仿真与优化.pdf

2 0 1 5年 7月 第4 4卷 第 7期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e De s i g n a n d Ma n u f a c t u r i n g En g i n e e r i n g J u 1 ． 2 0 1 5 Vo 1 ． 4 4 NO ． 7 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 0 3 全 自动液压压砖机液压压制系统仿真与优化 蒋淮同 ， 李 亮 ， 李 明 ， 陆宝春 1 ． 江苏腾宇机械制造有限公司， 江苏 宿迁2 2 3 8 1 2 2 ． 南京理工大学机械工程学院， 江苏 南京2 1 0 0 9 4 摘要 为解决 1 1 0 0 t 全自 动液压压砖机工作过程中存在的冲击振动和轰鸣问题， 基于液压仿真软 件 A ME S i m建立液压 系统仿真模型 ， 对上缸进行动 态仿真分析 ， 找 出了产 生问题 的原 因， 并通过 加装减速回路和改进释压回路解决了问题 ， 最后对优化后的液压 系统进行 了仿真验证 ， 结果证明 优化后的液压 系统达到 了理想效果。 关键 词 液压 压砖机 ； A ME S i m仿 真 ； 液压 系统 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标志码 B 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 5 0 7 0 0 1 1 0 5 随着粘土烧结砖退出城市建设舞台， 使用高参 量粉煤灰生产的粉煤灰蒸压砖作 为一种新型环保 墙体建材 已被广泛使用 ， 它以利废 、 节能、 环保和资 源综合利用为主要特征 ， 国家产业政策的支持使其 具有广阔的发展前景⋯。 全自动液压压砖机作为粉煤灰蒸压砖生产成 型过程中的关键设备在 我国已获得极大 的发展。 随着液压压砖机技术的不断进步和发展 ， 对液压压 砖机液压系统 的稳定性 、 可靠性和精确性提 出了越 来越高的要求 。尽管我国液压压砖机技术水平 已 达到或部分超过国外先进水平 ， 但液压系统的设计 更多的是根 据经验 ， 理论 研究较少 。某公 司生 产 的 1 l oot 全 自动液压压砖机在工作过程中存在 冲击振动和轰鸣噪声 问题 ， 为解决该问题 ， 笔者使 用仿真软件 A ME S i m对该 型压砖机的液压 压制系 统进行仿真分析， 并在此基础上进行了优化设计。 1 液压系统工作原理 该全 自动液压压砖机采用三梁四柱式结构 ， 立 柱上下两端的固定横梁 中分别镶有液压缸套 ， 安装 有压头的上 、 下活动横梁与上、 下液压缸活塞杆刚 性连接 ， 并通过立柱导向。上固定横梁上置一低压 充液灌 ， 提供 0 ． 2 MP a 左右的低压使上活动横梁快 速下落 ， 同时为液压缸上腔提供大流量液压油。工 作过程中主要由上 、 下活动横梁上的压头对固定模 框 中的粉料进行双向加压成型， 其中上压头为主动 加压 ， 加压成型后 由下压头将砖坯顶出。 压砖机液压压制系统工作原理 图如图 1所示 ， 在不影响工作性能的前提下 已简化掉液压顶 出系 统和布料系统 。 在完整的砖坯压制成型过程 中， 上活动横梁按 快下 、 加压 、 保压、 卸荷和返 回顺序循环动作 。各液 压阀电磁铁得失电情况见表 1 ， 表 中●表示对应 电 磁铁得电。 表 1 电磁铁得失电状态表 2 液压 系统 建模及分析 2 ． 1 建立液压 系统 A ME S i m模型 对于一个具体 的液压系统 ， 当分析的目的不同 时建立的仿真模型也不尽相同。在满足要求 的前 提下 ， 仿真模型越简单、 越小越好。为全 自动液压 压砖机液压压制系统建立动态仿真模型时， 一些对 系统动态特性影响不大的因素可以忽略 j 。 由于二通插装 阀在 A ME S i m标准液压库 中没 有具体模型， 需根据插装阀结构和工作原理， 使用 液压元件设计库 H C D 来搭建具体仿真模型。 所 收稿 日期 2 0 1 5 0 6 0 1 作者简介 蒋淮 同 1 9 7 9 一 ， 男 ， 江苏宿迁人 ， 江苏腾宇机械制造 有限公 司高级工程师 ， 主要研究方向为液压机 械设计制造 。 ●●●●● ● ● ● ● ● ●●● ● ● 下压压压 回 快加保释 返 2 0 1 5年第7期 蒋淮同 全 自动液压压砖机液压压制系统仿真与优化 用 的电动机功率为 9 0 k W， 变量泵选择派克 P V 2 7 0 型恒功率柱塞变量泵 。主要模型 和仿真参数设置 见表 2 。 表 2液压系统仿 真模 型元件参数 取值 1 4 8 0 2 7 0 2 3 7 o o 6 9 0 0． 5 2 9 o o 5 ． 7 O． 0 0 2 电机转速／ r r n i n 变量泵排量／ m L r 系统工作压力／ MP a 液压缸 内径／ mm 活塞杆直径／ m m 最大行程／ m 上活动横梁质量／ k g 仿真 时间／ s 仿 真步长／ s 2 ． 2 系统 分析 通过分析液压系统 中上缸位移 、 压力 、 速度 和 加速度等的动态特性 曲线可以预测该系统的实际 工作状态。 运行仿真得到液压系统完整工作过程 的上缸 位移 、 压力 、 速度和加速度动态特性 曲线如图 4 7 所示。其 中 0～0 ． 4 0 s为快 下阶段 ， 0 ． 4 0 s～2 ． O O s 为加压 阶段 ， 2 ． O O s～4 ． O O s为保压 阶段 ， 4 ． O O s 一 5 ． O O s 为释压阶段 ， 5 ． O O s 一 5 ． 7 0 s 为返回阶段。 图4上缸 位移 曲线 图5上缸压 力曲线 图6上缸速 度曲线 图7上缸加速度曲线 由图 6可知， 在 0 ． 3 5 s时上缸速度达到最大值 2 m ／ s ， 并在0 ． 4 0 s 时迅速降为 0 m ／ s ， 由图7可知 ， 上 缸在 0 ． 3 8 s 时瞬时加速度达到最大 一 9 4 m ／ s ， 这主 要是由于 1 下阶段上缸在充液罐内0 ． 2 MP a的油压和 上活动横梁 自重的作用下加速下落， 当上压头接触到 固定模框中的粉料后实现惯性加压， 同时对上缸产生 负载， 随着粉料压缩率升高， 粉料的密实度随之提高， 对上缸产生的负载迅速增大 ， 上缸短时间内快速停 止。由图5上缸压力曲线可知 ， 在4 ． O O s 时系统释压， 电磁阀 W 5 失电， 高压油通过换向阀 1 4释压， 上缸上 腔压力由2 3 ． 2 M P a 骤降至约 0 ． O MP a 。 在对全 自动液压压砖机的调试过程 中发现 ， 在 上缸快下骤 停和换 向释 压 时机器会 产生 巨大 的 “ 轰鸣” 噪声和强烈的振动。 由前文对液压压制系 统的仿真分析可知 ， 这是 因为质量为 9 O 0 0 k g的上 活动横梁快速停止弓 I 起的惯性冲击 ， 以及液压系统 在保压过程中液压油压缩性和机械部分产生弹性 变形 ， 储存了相当的能量 ， 由于释压速度过快 ， 系统 内会产生液压 冲击 ， 造成瞬间产生强烈 的振动， 引 起机器和管路 的振动 ， 影响液压机正常工作 。 2 ． 3液压 系统 改进 由以上分析可知 ， 要解决压砖机快下和释压时 1 3 2 0 1 5年第 7期 蒋淮同 全自动液压压砖机液压压制系统仿真与优化 通过减速回路控制上缸快下速度 ， 上缸 陕下惯 性压制距离变短 ， 加压压制距离变长 ， 故加压时间 由 1 ． 6 0 s 增加 至 3 ． 0 0 s 。对改进后 的模 型进行 仿 真 ， 得到改进后 的工作缸上腔压力 曲线和活动横梁 加速度啦线如图 l 0 、 l 1所示。相 比图7 ， 图 l 0所 示上活 动横梁 快下最 大加 速度 由改进 前 的最大 一 9 4 m ／ s 变为改进后 的 一3 2 m ／ s ， 效果 明显 ； 相 比 图 6 ， 图 1 1 所示系统换 向释压时工作缸上腔油压 压力在 1 ． 0 0 s内由 2 3 ． 0 M P a平缓的降至 0 ． 1 MP a ， 液压系统换向释压由瞬时骤降变为有控制的平稳 释压。可以看出优化后的液压系统在快下和释压 阶段较优化前有很大改善 。 图 1 0改进后加 速度曲线 3 结束语 优化后的全 自动液压压砖机液压压制系统在 实际生产中进行 了应用验证 ， 结果表明上活动横梁 图 1 1 改进后 压力曲线 的惯性 冲击强度大大降低 ， 换 向释压时 的“ 轰鸣” 声基本消失 ， 这些将大大延长全 自动液压压砖机的 使用寿命。优化后 的液压系统工作周期较原系统 有所延长， 如何缩短工作周期将是进一步研究的方 向。 参考文献 [ 1 ] 朱 雅 丽 ， 蔡辉 ． 粉 煤 灰 蒸压 砖 的 发展 前 景 [ J ] ． 砖 瓦 ， 2 0 0 7 8 2 6 2 7 ． [ 2 ] 许兆美． 3 0 O 0 0 k N全 自动液压机液压系统仿真与优化[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 6 l 21 6 ． [ 3 ] 姚佳烽 ， 陆宝春． 粉煤灰蒸 压砖成 型机液压 系统设计 与仿真 研究[ J ] ． 机 床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 3 7 9 8 2 ． [ 4 ] 李良光． 全 自动液压压砖机动梁减速和排气液压回路分析 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 2 ， 6 3 l 5一l 9 ． [ 5 ] 徐铭， 韩玉坤． 液压机释压回路分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 3 ， 4 1 2 O 1 5 51 5 6 ． Si mu l a t i o n a nd o pt i mi z a t i o n o n t h e h y dr a uli c s y s t e m o f a u t o ma t i c pr e s s ma c h i n e o f b r i c k J I A NG Hu a i t o n g 。 ，L I L i a n g ，L I Mi n g ，L U B a o c h u n 1 ． J i a n g s u T e n g y u Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r e C o ． ，L t d ， J i a n g s u S u q i a n ， 2 2 3 8 1 2 ，C h i n a 2 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， J i a n g s u N a n j i n g ， 2 1 0 0 9 4 ，C h i n a Abs t r a c t Ai mi n g a t t h e i mp a c t v i b r a t i o n a nd f u l mi n a t i o n o c c u r r e d d u ring wo r k i n g p r o c e s s o f t h e a u t o ma t i c h y d r a u l i c p r e s s ma c h i n e o f b ri c k，i t a n a l y z e s t h e p r i n c i p l e o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e 1 1 0 0 t a u t o ma t i c h y d r a u l i c p r e s s ma c h i n e o f b ri c k a n d b u i l d s a s i mu l a t i o n mo d e l f o r t h e s y s t e m b a s e d o n t h e h y d r a u l i c s i mu l a t i o n s o f t wa r e o f AME S i m．T h e d y n a mi c s i mu l a t i o n a n a l y s i s o n t h e u p p e r h y d r a u l i c c y l i n d e r o b t a i n s s o me d e f e c t s ．I t i n s t a l l s a d e c e l e r a t i o n l o o p a n d o p t i mi z e s t h e p r e s s u r e r e l e a s i n g c i r c u i t ．T h e i mp r o v e d h y d r a u l i c s y s t e m i s v e ri fi e d t o a c h i e v e i d e a l e f f e c t ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p r e s s ma c h i n e o f b ri c k ；AME S i m s i mu l a t i o n ；h y d r a u l i c s y s t e m 1 5