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搅拌土泵泵送体系置换进展受力性能摹拟研讨

2011-10-21 12:56:47中国泵阀招标网

  1换向过程数学模型

  将泵送系统从整个系统中分离出来,并对其进行简化处理。液压缸可在大腔进油与小腔进油两种状态下工作,1是简化处理后的HBT80混凝土泵泵送系统在大腔进油状态下的工作示意图。

  在建模时,作以下假设:

  (1)系统无泄漏;(2)忽略补油回路的影响;(3)忽略管道内的流动阻力及管道内液流惯性的影响;(4)两液压缸两腔活塞有效面积相等。

  1泵送系统工作示意图液压泵的流量方程:10 20 p Q =(1)式中:Q p为液压泵换向时的流量,m 3 /s;Q 10、Q 20分别为从液压泵流向管道AD、从管道EH流向液压泵的流量,m 3 /s.

  管道的动特性方程:10 1 d n l n e V P Q tβ

  =(2)Q 10 Q 20 Q P Q 1n Q 2n P 10 P 20 P 1n P 2n A E D H10 1n P =(3)=(4)

  20 2n P =(5)

  式中:1020PP、分别为泵与管道AD、泵与管道EH连接处压力,Pa;1 2 n P、分别为两泵送液压缸油腔1与油腔2压力,Pa;1 2 n Q、分别为管道AD、EH流入泵送液压缸的流量,m 3 /s;1 2 l V、为分别管道AD、管道EH的容积,m 3;eβ为综合弹性模量,Pa.

  泵送液压缸的流量方程:1 d c n e V P Q Av tβ= +(6)2 d n c n e V P Q Av tβ=

  (7)式中:v为活塞运动速度,m/s;A为活塞有效面积,m 2;1 2 c V、分别为液压缸油腔1与油腔2的容积,m 3。

  活塞的运动方程:1 2 n c P A P A v maβ=(8)式中:a为活塞运动加速度,m/s 2;m为体的质量,kg;cβ为粘性阻力系数,PaS.

  对式(1)~式(8)增量化并拉氏变换,整理为:( )( ) ( )2n P P s G s Q s =(9)( )1 2 1( )n V P s V =(10)其中:G(s)2 1 2 n b sωξωω+ = +;2 c n mβξω=;()2 1 2 1 2 n e A V V mVVβω+ =;1 2 1 2()c V b A V Vβ= +;1 2 1 2()mV b A V V = +;1 l c V = +,2 l c V = +.若知道PQ在换向过程中随时间变化规律,就可以根据式(9)、式(10)得到系统换向过程中的压力变化规律。假设PQ在换向过程中的变化规律可用下式表示:

  01 02 01 02 0 q m p h q m h Q k Q t Q Q Q t Q t t t Q k Q t t

  (11)式中:ht为从P Q开始发生变化(开始换向)到停止变化(换向结束)所经过的时间,s;01 02Q Q、分别为液压泵换向前、后的流量状态值,3 m /s;q k为液压泵流量系数,常取01q k =;m Q为液压泵最大理论流量,3m /s.

  对式(11)增量化并拉氏变换,得:01 02 2( )(1)P t s h Q Q s e t s(12)将式(12)代入式(9)可得:( )2 01 02 2( )<(1)> n t s h Q Q P s G s e t s

  (13)

  2仿真结果与分析

  某公司生产的HBT80混凝土泵相关参数是:

  最大混凝土输送能力为84 m3/h;输送压力为13 MPa;泵送液压缸行程为1.4 m;泵送液压缸缸径×杆径为0.125×0.09 m;泵送液压泵最大理论流量为334.35 10 m /s×;换向时间为0.25 s;运动体质量为90 kg;粘性阻力系数cβ为3310 PaS;两段连接液压管道直径均为0.032 mφ;两段连接液压管道长度均为3 m.

  仿真时排量系数分别取k q=0.5与k q=1两种情况,综合弹性模量分别取45 MPa(考虑软管连接时)与700 MPa(考虑钢管连接时)两种情况。选定仿真初值当t=0时,P 10=P20 =2×10 6 Pa.应用Mathcad7.0软件,采用龙格-库塔算法进行仿真,仿真结果得到如的换向过程压力动态变化曲线。为了表达方便,仿真曲线图上分别用h表示t h,用q表示kq.从可以看出:

  (1)在混凝土泵泵送系统换向过程中,系统压力变化是一个振荡过程,存在着压力峰值,会产生压力冲击。

  (2)在刚开始换向时,压力波动值最大。在换向过程中,进油压力与回油压力均是变化的,压力20P总趋势增加,而压力10 P总趋势减小。由此可见,人们设计该液压系统时通常将回油压力以定值处理是不符合实际情况的。

  (3)液压系统本身和换向时泵的流量变化影响着换向过程系统的压力变化。例如,采用不同形式的连接管道(钢管或软管连接,反映出弹性模量是不同的)时,压力变化规律是不同的,弹性模量增加,压力变化的振荡周期缩短,衰减加快,压力峰值增大;液压泵流量增大(由流量系数k q来反映),压力峰值增大。

  (a)q=0.5,h=0.25,弹性模量=45 MPa,小腔进油(b)q=1,h=0.25,弹性模量=45 MPa,小腔进油(c)q=1,h=0.25,弹性模量=700 MPa,小腔进油(d)q=0.5,h=0.25,弹性模量=45 MPa,小腔进油(e)q=1,h=0.25,弹性模量=45 MPa,大腔进油(f)q=1,h=0.25,弹性模量=45 MPa,大腔进油

  3结束

  通过建模与仿真说明:采用合理的连接管道可以降低泵送系统换向过程的压力冲击;通过控制泵的排量来控制流量变化也可以降低泵送系统换向过程的压力冲击;换向过程系统存在压力变化峰值,要求设计系统时必须考虑足够的压力设计裕量;特别是回油压力峰值存在,而非通常设计的定值,设计时必须考虑由此而造成对系统冲击的影响。

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