液压打桩锤主控阀换向过程建模与仿真

液压打桩锤主控阀换向过程建模与仿真

支撑臂的工作量大，能量传输效率高。它可以调节切割和施工中产生的噪声和污染量。1主电源的工作原则和结构1.1油缸状态下的合理控制图l所示为液压打桩锤柔性冲击控制系统液压原理图。初始状态下,锤体2处于下位,行程控制阀3处于右位,主控阀12在油缸氮气腔压力和弹簧力的作用处于右位。当操作阀13时,主控阀12左端的环形面AK作用有系统压力p1.2活动管路的设计主控阀的结构比普通二位四通液控换向阀复杂,其主要特点是阀芯左端有2个液压控制口,阀芯右端有一气压控制口,在阀体内部还有一反馈腔与阀芯右端相通。通过几个控制口中压力的变化即可实现阀芯的换向功能,如图2所示。为加工制造的方便将活塞做成三段,即左柱塞2,活塞4和右柱塞5。右端盖7与右柱塞5的环形腔通过反馈油孔与B口相通,这使得主控阀具有记忆功能,即一旦主控阀接受行程阀传递的信号换向至左位,它将一直使阀芯处于左位,直到氮气腔压力大于控制压力的换向信号传来,此后主控阀将一直处于右位,直到再次触动行程阀。装配时,阀芯4在弹簧6的预压缩力作用下处于右位。阀芯4和阀体3采用正开口形式,避免了压力反馈换向时高频高压信号的干扰。当系统压力作用于AK处,控制压力作用于AK1处时,阀芯移动并保持在左位;当AK3处的气压值超过AK1的控制压力时,阀芯移动并保持在右位直到桩锤下落行程到位。通过调节AK1的压力p2主控阀性能测试系统为完成主控阀换向快速性,平稳性的测试,最直接的测试方案是测量主控阀阀芯的位移时间曲线。但是,主控阀两端都接有控制回路,位移传感器的安装不方便,因此本文采用插装阀控制腔的压力突变来判断主控阀是否换向,在打桩锤系统的基础上设计了采用测量压力来测试主控阀性能的方案,如图3所示。忽略管道的影响,插装阀控制腔压力突变的时刻可以认为是主控阀换向完毕的时刻,即控制腔压力发生压力突变所需时间为主控阀换向时间。在主控阀换向性能测试的参数设定时,先调节阀右端圆形面积AK3作用的压力至1.7MPa,它通过调节减压阀13和截止阀12,观察压力表11读数实现。调节溢流阀15将系统压力调至21MPa。使电磁阀2得电,调节单向减压阀3,观察压力表5使左端圆形面积AK1作用压力为2.2MPa。实验操作时,电磁阀2得电1s后断开,然后保持该状态。传感器8和9所测压力分别为插装阀7控制腔压力p测试的数据表明:主控阀在0~1s向右运动至左位时,压力p3主介质流变换的数学模型和模拟3.1阀芯质量,l由牛顿定理可知,主控阀阀芯的运动方程如式(1)所示:其中:m为阀芯质量,kg;S为阀芯位移,m;p忽略油管的液容效应,对主控阀的AK腔供油口应用连续性方程有:其中d对插装阀7的控制腔应用连续性方程有:其中:w=πd其中:V对插装阀10的控制腔应用连续性方程有:其中:V3.2主控阀换向的模拟仿真主控阀换向过程包含4个运动状态,这几个状态是按一定条件转换循环进行的。在Simulink中实现主控阀换向过程模拟仿真的关键是解决状态转换问题。使用Stateflow生成监控逻辑,嵌入到Simulink中,可以方便的解决Simulink中的状态转换问题3.3ode15s仿真用矩形波模拟左端控制压力变化,仿真参数如表1所示。采用ode15s(stiff/NDF)算法对模型进行求解,所得p图7的仿真数据表明:主控阀在0~1s向右运动至左位时,压力p4弹簧刚度k对主控阀换向的影响实现主控阀对柔性冲击换向系统的快速控制,主控阀的最大流量要求达到400~600L/min。而主控阀的最大通流量由阀芯直径d图8所示为内腔直径D对主控阀换向的影响。随着直径D的增大,p图9所示为弹簧刚度K对主控阀换向的影响。随着弹簧刚度K的减小,p图10和图11所示分别为阀体中反馈油孔的直径d5加强主控阀换向性能实验,建立模型的基础仿真模型(1)结合液压打桩锤的工作特点,分析主控阀的工作原理和结构。该主控阀的应用实现了打桩过程的柔性换向和打击能,打击频率的无级调节。(2)根据主控阀换向性能实验的数学模型,采用Matlab和Stateflow建立的仿真