挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法

摘要

本发明公开了挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法，以10MN铝挤压机为研究对象，针对挤压过程的能耗损失严重的问题，通过技术手段分析了挤压机液压系统的能量流向、能量转换形式与能量消耗，并给出相应的理论能耗公式，有助于总结出耗能的关键元件，令挤压机的节能优化更有目的性。

主权项

挤压机挤压过程液压系统建模与能耗分析方法，包括如下步骤：第一步：进行挤压过程能耗分析、柱塞变量泵能耗分析、插装阀阀块能耗分析和挤压缸能耗分析；挤压过程能耗分析：观察与能源转化、能量损失相关的元件，包括柱塞变量泵、插装阀、主缸，根据元件的输入、输出能耗关系，建立系统的功率平衡方程：P_p＝η_pP_pi＝P_c+P_v；其中，P_pi、P_p、η_p分别表示液压泵的输入功率、输出功率和效率，P_c为主缸(1)的输出功率，P_v为插装阀阀块的功率损失；柱塞变量泵能耗分析：对不同泄漏形式设定如下：泵柱塞副泄漏损失q_pp、滑靴副泄漏损失q_ps、配流副泄漏损失q_pv、容积压缩损失q_pc；此外，将机械效率分为三部分的损失：泵内部件之间相对运动引起的库伦摩擦转矩损失T_ps，轴承滚动摩擦产生的力矩损失T_pr；泵内油液粘性阻尼引起的转矩损失T_pv；柱塞变量泵的能耗关系设定如下：q_pa＝q_pt‑Δq_p＝q_pt‑(q_pp+q_ps+q_pv+q_pc)，T_pi＝T_pa+ΔT_p＝T_pa+T_ps+T_pr+T_pv；柱塞变量泵的功率损失公式：ΔP_p＝P_pi‑P_p＝2πnT_pi‑p_paq_pa；其中，q_pa、q_pt分别是液压的实际流量和理论流量，T_pi、T_pa分别为液压的电机供给转矩和输入转矩；p_pa表示为柱塞变量泵的出口压力；插装阀阀块的功率损失：插装阀的功率损失表现为局部压力损失，当油液进入阀口，在阀芯处的过流面积迅速变小，形成压差，消耗能量，其中压差与阀的开口度和进口压力有关，因压差造成的功率损失可用以下公式表示：P_v＝Δp_Aq_vA；其中，Δp_A为阀口压差，q_vA为流经主阀口的流量；挤压缸能耗分析：挤压缸的功率损失ΔP_c有活塞杆与活塞缸之间的机械摩擦损失P_cf、因缸内泄漏形成的容积损失P_ck以及活塞杆运动造成的动能势能损失P_cr，挤压缸的输出功率为P_co，得到挤压缸的功率平衡方程：P_c＝P_co+ΔP_c＝P_co+P_cf+P_ck+P_cr；第二步：建立仿真系统模型；挤压过程液压系统建模仿真：设置挤压过程的液压控制系统模型；柱塞变量泵模型建立；挤压缸模型建立；插装阀模型建立；第三步：进行仿真结果验证；仿真结果验证：设置仿真时间为69s，通信间隔时间为0.01s，运行模型并查看仿真结果，得到挤压过程的挤压速度曲线，通过处理，得到挤压过程的各耗能元件的功率特性曲线，接着进一步分析模型的能耗情况；第四步：进行能耗分析；能耗分析：对模型的耗能元件进行能耗分析，分析其功率消耗和功率损失，包括柱塞变量泵的输出能耗与损失能耗、进油阀的局部压力损失能耗、泄压阀的溢流损失能耗、挤压缸的输出能耗与损失能耗，并对上述能耗建立曲线图并进行对比，量化能耗分布；第五步：基于能耗分析进行能耗改进；进行能耗改进：依照得到的量化能耗分布数据，进行针对性改进，提高能耗效率。