300MN水压机操纵液压系统的仿真研究

　　300MN模锻水压机目前是我国最大的模锻液压机,也是亚洲最大的模锻液压机,是我国国防和基础建设的关键设备,在我国经济发展和国防建设中有着不估量的作用。现有操纵系统控制方式为“水控水”的方式,这种控制方式控制精度不高,响应速度慢,可靠性低。随着液压及控制学科的发展,采用现代化的科学技术对水压机进行改造是完全必要和迫切的。将原来的“水控水”机构改成“油控水”的机构,提高了设备控制精度,提升了设备自动化水平。为了更好地了解设计的操纵液压系统的工作性能,同时使得系统调试能准确、快速的进行,需在系统的安装调试之前对操纵液压系统进行仿真分析。由长,难以建立系统的数学模型。为此,笔者采用了面向对象的液压仿真软件Bath/fp对系统进行了仿真分析。通过仿真可以分析系统中各参数对工作性能的影响,并对系统中的PID参数进行了整定,找出了最佳的系统参数,使得系统的工作性能达到最优状态。

　　1　水压机操纵液压系统工作原理

　　为实现水压机操纵系统“油控水”方式,操纵液压系统由原来的水压系统改为油压系统。水压机操纵液压系统主要用于推动6组油缸和6个伺服缸的运动,从而带动6个分配器的凸轮机构发生相应转动,使分配器各阀芯运动至各自要求的位置。液压泵站由叶片泵、油箱、过滤器、冷却器、溢流阀等组成。300MN水压机操纵系统的油压液压原理图如图1所示。在油路中利用了电磁换向阀和方向插装阀的组合,通过电气系统控制电磁铁2DT、3DT的通断,来实现液压系统的换向。液压系统中电液比例流量阀可以控制系统中的流量,通过控制电液比例流量阀的输入信号的大小来控制流量的大小,使得油缸的运动速度得以控制,以实现传动轴角度的精确控制。

　　液压系统的执行机构为带齿轮齿条的液压缸,这样油缸的运动通过齿轮齿条的传动将带动分配器中传动轴的转动,从而可以实现对水压机的控制。由于分配器对于水压机的控制起着非常重要的作用,传动轴转动角度的控制精度直接决定整个水压机的工作性能,对产品的加工都有着直接的影响。为此,我们通过光电编码器对传动轴的转动角度进行检测,并将其反馈给电气系统,与操纵面板上的手柄输入信号相比较,同时在电气系统中采用了PID控制策略,形成闭环的控制回路,使得系统的控制精度更高[1]。整个系统的原理框图如图2所示。

　　2　Bath/fp软件介绍

　　Bath/fp软件是专门用于液压与气动系统的时域仿真软件,由英国Bath大学传动与运动控制中心(Centre for PowerTransmission andMotion Control)开发。该软件在20世纪80年代初先以HASP为名出现的, 1992年以全新的面貌,推出其升级版,命名为Bath/ fp[2]。Bath/fp为用户提供了一个时域建模仿真的环境,使用已有的模型库构建设计自己所需的实际模型,通过直观的窗口显示模型的参数。同时通过修改模型和仿真的参数,可以进行稳态和动态的仿真、绘制曲线以及分析仿真的结果,其界面友好,操作方便。Bath/fp使得用户通过其友好的面向实际的解决方案,研究任何元件和回路的特性。