基于功率键合图的湿式制动器建模与仿真.pdf

第3期
水力采渫与管道运输
2014年9月
HYDRAULIC COAL MINING PIPELINE TRANSPORTATION
Sep.2014
基于功率键合图的湿式制动器建模与仿真
伍洪云
(中煤科エ集团北京华宇工程有限公司,河南平项山467000)
摘要:由于湿式制动器性能对整个制动系统有重要的影响,应用键合图理论,建立了一个带有
湿式制动器制动系统的功率键合图模型。选取容性元件和惯性元件上自变量的积分作为状
态变量,推导出了系统的状态空间方程,从而建立了系统的动态模型。利用 MATLAB/SIMU
LINK对系统进行仿真分析,研究了制动器活塞质量对系统的响应影响情况。
关键词:湿式制动器;键合图;动态性能;建模;仿真
中图分类号:TD534.5文献标志码:A文章编号:1006-0898(2014)03-0008-02
湿式制动器广泛应用于大型挖掘机、采煤外摩擦片,产生摩擦力矩制动。内摩擦片安装在
机、矿用自卸车、煤矿防爆胶轮车、带式输送机等需要制动的传动轴上,外摩擦片与外壳相连,制
设备,具有制动力矩大、使用寿命长、抗污染能力动器外壳又与机体相连2。
强、免维护等优点。其动态性能决定整机的工
手动换向阀处于左位时,压力油流入湿式制
作质量与可靠性,建立制动系统的数学模型并进动器,制动器松闻;换向阀处于右位时,制动器合
行仿真是研究系统动态性能的有效方法。
,开始制动。制动系统原理图如图2所示。
由于键合图法建立的模型比其它方法更详
尽,与系统实际更相符,在此建立一种带有湿式
制动器的简单液压制动系统的功率键合图,并推
出了系统的状态空间方程,分析了湿式制动器活
塞质量等参数对系统响应的影响情况。
LL
1工作原理
液压湿式制动器主要由弹簧、活塞、壳体、内
摩擦片、外摩擦片等组成,如图1所示。
关
辑
图2液压制动系统原理图
1ー液压泵;2-手动换向阀;3-湿式制动器;4一溢流阀
建立系统功率键合图
为了分析问题的方便,在建立液压系统功率
键合图前需要对其进行必要的简化。一般油泵
的泄露、管道的分布参数效应均可忽略不计3]。
根据分析,建立液压制动系统松闻工况功率键合
图,如图3所示。
根据键合图理论,选取容性元件C和惯性元
图1液压湿式制动器
件上自变量的积分作为状态变量(即是V和
弹簧;2-活塞;3-壳体;4-外摩擦片;5-内摩擦片
P)。自变量为q。、F。、1o,它们的积分就是3个
当通入液压油时,活塞左移,压缩弹簧内外状态変量,即V。、P。、xo,矩阵形式为:
摩擦片脱开而松闸,没有制动力矩;当控制油与
回油相通或失压时,弹簧推动活塞右移,压紧内式中:V。为液压油体积;P。为活塞运动部分的动
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伍洪云:基于功率键合图的湿式制动器建模与仿真
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量;x0为弹簧位移,也是活塞位移。
R
R
R
图3液压系统功率键合图
根据功率键合图的特点写出系统状态方程:
4仿真结果
1v6P9
R2+Ra R +R
由图5可以看出,制动系统在弹簧位移为
10mm,制动时间为0.5s时,基本达到稳定,说明
湿式制动器制动系统具有较快的响应速度。由图
6看出,加大湿式制动器活塞质量,响应时间相应
变长,达到1s,因此在设计湿式制动器时,要尽量
式中:R2为溢流阀的液阻;R4为手动换向阀的液减少活塞质量。
阻;R12为制动器活塞与缸壁间摩擦阻尼系数;C6
通过此仿真模型还可以分析弹簧刚度及管
为手动换向阀与制动器的综合液容;2为制动器道参数对系统的影响情况,进而可以进行相应的
活塞质量;Aa为活塞部分面积;cn为弹簧柔度;S优化设计。
为油泵输入流量;S。为弹簧预张力。
3建立仿真模型
根据功率键合图和状态空间方程,通过
MATLAB/ SIMULINK进行仿真模型的搭建,可以
分析整个制动系统的动态性能,并且分析湿式制
动器中元件参数对系统的影响情况,便于系统的
优化设计。仿真模型如图4所示。
图5弹簧位移响应曲线(小质量活塞)
Gゃ+
a
vain
性re4Guin2
图6弹位移响应曲线(大质量活塞)
图4 Simulink仿真模型
(下转第14页
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降低系统损耗。
冲击负荷,它对电网电能质量严重污染,造成电
3应用实例
网电压波动,供电线路功率因数低,补偿前0.78,
采用两套调压式调无功变电站无功自动补偿装
内蒙巴音煤矿是技改矿井,为10kV变电所,置进行无功补偿,补偿后达到0.93,经测算每年
两段母线,其大部分设备控制系统都由电力电子节约电费约5万元。其基本接线原理如图1所
器件组成,典型设备为主、副井绞车都是非线性示。
SHT
1
事L
1 182
二二
图1调压式调无功变电站无功自动补偿装置接线原理图
结束语
述[]、电力设备,2004
[2]张学松,煤矿电能质量分析与控制[J].工矿自动化,2009
无功补偿是节约电能和提高供电质量的重
要措施,通过和传统的无功补偿方式的比较,合[3]王兆安,杨君.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:北京
理选择无功补偿方案和补偿容量,科学应用无功
机工业出版社,2003
补偿技术,设计配置无功补偿设备,能有效提高
变电站电压的稳定性,保证电网电压的质量,提作者筒介:
高设备的利用率,不但能为国家节约电力资源,五作
李俊源(1973-),男,甘肃人,助理工程师,从事机电管理
也给用户节约了资金,有事半功倍的效果3。
E-mail: LJYLJYAAA(@ 163com, Tel: 13948000292
参考文就
[]]夏祖华,沈裴,胡爱军等,动态无功补偿技术应用综
收稿日期:2014-05-30
(上接第9页
工学报,2003(2)
[2]洪学波,湿式液压制动器的应用探讨[].煤矿机电,2003
5结语
6)
利用功率键合图建立数学模型,并采用计算
于坤.工程起重机伸缩臂控制回路动态模型与仿真
[J].中国工程机械,2006(12)
机进行仿真,能反映制动系统的动态性能,也可『4]P.德兰斯菲尔德,液压控制系统的设计与动态分析[M
分析各参数对制动性能的影响情况,便于优化设
大连工学院液压教研宣,译,北京;科学出版社.1987
计。这对于改善制动器的制动性能,提高煤矿设
备的稳定性和可靠性,特别是对有特殊要求的煤
作者简介
伍洪云,(1983-),女,四川省乐山市人,助理工程师,现在
矿设备如井下防爆胶轮车等,具有重要的意义。
从事工程设计工作。
E-mail:19560199@qq.com,Tel:15225022570
参考文献
1]赵文清王春生湿式多盘制动器研究内容的综述[J].兵
收稿日期:2014-06-30