基于Simulink的镗床液压进给系统建模与仿真

基 于 Ｓｍｕｉｋ的 镗 床 液 压 进 给 系统 建 模 与 仿 真 ｉ ｌ ｎ
赵 新 泽 彭 巍 杨 明 松
（ 峡 大 学 机 械 与 材 料 学 院 ，湖 北 宜 昌 三 ４３０ ） ４ ０ ２
摘要 ： 以某 镗 床 液 压 进 给 系统 为 研 究 对 象 ， 立 了 其 数 学 模 型 和 Ｓｍｕｉｋ仿 真 模 型 ， 用 Ｒ ｎ ｅ 建 ｉ ｌ ｎ 采 ｕ ｇ— Ｋｕｔ ｔ ａ四 阶算 法 对 其 动 态 响 应 性 能 进 行 仿 真 ， 析 了不 同 参 数 下 系 统 动 态 性 能 的 变 化 规 律 ， 而 为 分 从
下 ：
一 ｌ 。
Ｑ ＝ Ｇ
ｌ
０
其 他
（ ） 向 阀 ４换 将 换 向 阀 的数 学 模 型 线 性 化 ， 口的 流 量 方 程 可 油
以 写 成 ［ ］ ： 。
Ｑ 一 是－ ｋ（ ～ Ｐ ） 。 ｚ— Ｐ１ ２
２ 液 压 进 给 系 统 各 元 件 数 学 模 型 的 建
立
受 液 体 的分 布 性 质 和 液 压 系 统 固 有 的 非 线 性 特 性 的 限 制 ， 精 确 地 建 立 各 液 压 元 件 的 数 学 模 型 并 对 要 系 统 进 行 分 析 极 为 困 难 ． 而 ， 用 集 中 参 数 法 并 对 然 应
式 中 ，。 滑 阀 在 稳 态 工 作 点 附 近 的 流 量 增 益 （ ｋ为 ｍ／ ｓ ； 为 阀芯 位 移 （ ）ｋ ） ｍ ； 为 滑 阀 在 稳 态 工 作 点 附 近 的流 量 一 力 系 数 （ ／ ａ・ｓ ； Ｐ 压 ｍ。 Ｐ ） Ｐ ， 分 别 为 阀 的 进 、
（ ） 流 阀 ３溢
溢 流 阀 的 响 应 速 度 比 系 统 驱 动 负 载 的 响 应 速 度
快 许 多倍 ， 此 其 动 态 特 性 可 以 忽 略 不 计 ． 知 溢 流 因 已 阀 导 通 时 的 液 导 为 Ｇ， 定 压 力 为 Ｐ Ｐ 、 ：分 别 为 调 ”， Ｐ
溢 流 阀 的 进 、 口的 油 压 ． 静 态 特 性 方 程 描 述 如 出 其
Ｚｈ ｏ Ｘｉ ｚ Ｐｅ ｇ Ｗ ｅ Ｙａ ｇ Ｍ ｉ ｇ ｏ ｇ ａ ｎ ｅ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓｎ （ ｌ ｇ ｆＭ ｅ ｈ ｎｃ ｌ＆ Ｍ ａ ｅ ｉｌ ｇ ｎ ｅｉ ｇ Ｃｏｌ ｅｏ ｃ ａ ｉａ ｅ ｔｒａ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ，Ｃｈ ｎ ｒ ｅＧｏ ｇ ｓＵｎｖ ｉａＴｈ ｅ ｒ ｅ ｉ．，Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ２， ｉａ ｃ ａ ｇ４ ３ ０ Ｃｈｎ ）
量 总和 ， 容 腔压力 Ｐ 则 可 以 写 成 ｌ ： ＿ １ ］
ｑ—ｃ ｗ 云（ —Ｐ） ｚ ｄｚ ｐ 。 ｚ
减压 阀 阀芯 的力 平衡 方程 为
一
Ｋ。 Ｂ 一 一 ｃ 一 警 ｚ
１ ０ Ｌ 一Ａ（ — Ｐ ） ｐ ３
ｃ 。 ｓ
Ｐ一 Ｉ ｌ ｄ ｔ ∑Ｑ
镗 床液 压进给 系统 的优 化设计 、 参数 匹配和性 能分 析提供理 论依据．
关键 词 ： 床 ； 液 压 进 给 系统 ； Ｓｍｕｉｋ仿 真 ； 动 态 性 能 镗 ｉ ｌ ｎ 中图分类号 ： ＴＨ１ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２９ ８ ２ １ ） ３０ ７—４ １ ７ —４ Ｘ（ ０ １ ０ —０ ４０
镗床 液压进 给系统 的性能对 镗床 的加工精 度 、 工 作 效 率 、 定 性 等 都 有 重 要 影 响 ． 统 设 计 方 法 通 常 稳 传 没 有 考 虑 使 用 过 程 中 的 动 载 荷 和 系 统 产 生 的 振 荡 与 冲击 ， 计 出来 的 系 统 很 难 满 足 机 床 的 性 能 要 求 ． 设 为 进 一 步 改 进 和 完 善 液 压 系统 ， 液 压 进 给 系 统 在 性 能 使
Ｍ ｏ ｅ ｉ ｎｄ Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｄ ａ ｌｃ Ｆｅ ｄ Ｓ ｓ ｅ ｆ ｒ ｄ ｌｎｇ ａ ｉ ｌ ｔｏ ｆＨｙ ｒ ｕ ｉ ｅ ｙ ｔ ｍ ｏ
Ｂｏ ｉ ａ ｈｉ ｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ ｍ ｕ ｉ ｋ ｒｎｇ Ｍ ｃ ｎ ｓ ｄ ｏ ｉ ｌｎ
能的影 响 ， 研究 液压进 给系统性 能提供 理论依据 ． 为
１ 油箱 ； ． 油 器 ；． 向 叶 片 泵 ； ． 向 阀 ； ． 流 阀 ； ． 位 二 ． ２滤 ３单 ４单 ５溢 ６二
１ 镗 床 液 压 进 给 系统 的 工 作 原 理
图 １为 某 镗 床 液 压 进 给 系 统 的 原 理 图．
出油 口压 力 （ ａ ． Ｐ）
非线 性数学 模 型进行 合理 的线性 化 和假 设 ， 就能 够 获
得 满 意 的结 果 ． 此 ， 系 统 作 如 下 假 设 ： 压 泵 的 驱 为 对 液
（ ） 速 阀 ５调
调速 阀 由减压 阀和 节流 阀 串联组成 ， 内各 流 动 阀
参 数 与 输 出流 量 满 足 下 列 关 系 ： 减 压 阀 口 的 流 量 方 程 为
上能更 好的与其 它机构 相 匹配 ， 对其进 行动 态特性 分
析具有 很强 的现实意 义．
本 文 以 某 镗 床 的 液 压 进 给 系 统 为 研 究 对 象 ， 立 建 系 统 的数 学 模 型 ， 后 基 于 Ｓｍｕｉｋ模 块 建 立 其 仿 然 ｉ ｌ ｎ
真 模 型 ， 此 分 析 了 不 同 参 数 对 液 压 进 给 系 统 动 态 性 据
Baidu Nhomakorabea
通 电磁 换 向 阀 ；． 力 表 ； ． ７压 ８ 三位 四通 电磁 换 向 阀 ； ． 向调 速 阀 ； ９单
１ ． 压 缸 ； １ 二位 五 通 电 磁换 向 阀 Ｏ液 １．
图 １ 镗 床 液 压 进 给 系统 原 理 图
收 稿 日 期 ： ＯＩ — — １ ２ １０３０
通 讯 作 者 ： 新 泽 （ ９４ ）男 ， 授 ， 士 生 导 师 ， 赵 １６ ， 教 博 主要 研 究方 向为 摩 擦 学原 理 及 应 用技 术 ． ｉ： ｚｈ ｏ ｔｕ ｅ ｕ ｃ Ｅ ｍａｌｘ ｚ ａ ＠ｃｇ ． ｄ ． ｎ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｂｏ ｉ ｇ ｍ ａ ｈ ｎ ｙ ｒｓ ｒｎ ｃ ｉ ｇ； ｈｙ ｒ ｕｌ ｅ ｄ ｓ ｓ ｅ ； Ｓｉ ｕｌ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ； ｄｙ ａ ｉ ｅ ｆ ｍ ａ ｃ ｄ ａ ｉ ｆｅ ｙ ｔｍ ｃ ｍ ｉ ｓｍ ｌ ｔｏ ｎｋ ｎ ｍ ｃ ｐ ｒｏｒ ｎ ｅ
第 ３ ３卷
第 ３期
赵新泽 ， 等 基 于 Ｓｍｕｉｋ的镗 床 液 压 进 给 系统 建模 与 仿 真 ｉ ｌ ｎ
７ ５
当 电 磁 铁 ２ Ａ、 ＹＡ 通 电 使 换 向 阀 ８和 １ 均 切 Ｙ ３ １ 换 至 右 位 ， 压 缸 １ 差 动 连 接 ， 现 快 进 ； 磁 铁 液 Ｏ 实 电 ２ ＹＡ 通 电换 向 阀 保 持 右 位 ， 磁 铁 ３ 电 ＹＡ 断 电 使 换 向 阀 ｌ 换 至 左 位 ， 压 泵 ３的 压 力 油 经 单 向 阀 ４ 换 向 １ 液 、 阀 ８进 入 液 压 缸 无 杆 腔 ， 杆 腔 经 调 速 阀 ９和 阀 ８ ｌ 有 、１ 向油箱排 油 ， 现工 进 ； 磁 铁 １ 实 电 ＹＡ 通 电 使 换 向 阀 ８ 切 换 至 左 位 ， 磁 铁 ３通 电 使 换 向 阀 ９保 持 右 位 ， 电 液 压 缸 １ 实 现 差 动 连 接 ， 时 ， 杆 腔 进 油 ， 杆 腔 排 Ｏ 此 有 无 油 ， 现快 退． 实
表 示 ， 了确 定 元 件 和 容 腔 之 间 的 连 接 为
关 系 ， 各 个 元 件 加 上 油 口号 ， 图 １中 所 示 ． 建 立 给 如 在
动 转速是 定值 ； 由于 管 路 较短 ， 略管 路 内流 动 液 体 忽
的惯 量和 液 阻 ， 液 容 与液 压 泵 、 其 阀之 间的 管 道 液 容
合 并 ］在 此 条 件 下 ， 据 节 点 法 建 立 各 个 液 压 元 件 ． 根 的数学模 型．
（ ） 压 容 腔 １液
ｑ 一 Ｃ ／ Ｐ 一Ｐ ） １ ｄ Ｗ１ 兰（ １ ２
节 流 阀 口 的 流 量 方 程 为
— — — — — 一
液 压 系 统 由液 压 元 件 和 管 路 组 成 ， 过 管 路 相 连 通
的多个元 件之 间构成 液 压容腔 ． 液压 管路 的交汇 点 把
看 作 节 点 ， 节 点 建 立 流 量 平 衡 方 程 ， 以 得 到 容 腔 对 可 压 力 和 流 量 之 间 的关 系 ． ∑ Ｑ 是 进 出 第 ｉ 容 腔 流 设 个
ｓｇ ｉ ｎ，ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｍ ａ ｃ ｉ ｎｄ ｐｅ ｆ ｒ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｆｈｙ ｒ ｕｌ ｅ ｄ ｓ ｔ ｍ ｏ ｏｒｎｇ ｍ ａ ｈｉ ． ａａ ｔ ｒ ｔ ｈ ｎｇ ａ ｒｏ ｍ ｎｃ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｄ ａ ｉ ｆ ｅ ｙｓｅ ｆ ｒ ｂ ｉ ｃ ｃ ｎｅ
第 ３ ３卷
第 ３期
三 峡 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｉａ Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｉ． Ｎａ ｕ ａ Ｓ ｉｎ ｅ ） ｆ Ｃｈ ｎ ｒ ｅ Ｇｏ ｇ ｓＵｎ ｖ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｓ
Ｖｏ． ３ １ ３ Ｎｏ． ３
２ １年 ６月 Ｏ１
Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｈ ｏｄ ｌｏ ｙｄ ａ ｌｃｆ ｅ ｙｓ ｅ ａ ｅ ｎ ｈｅｓ ｓ ｅ ｗａ ｉ ｕ ａ ｅ ｙ ｕｓｎ ｎａ ｉ ｉ ｓｒ ｃ ｅｍ ｅ ｆｈ ｒ ｕ ｉ ｅ ｄ ｓ ｔ ｍ ｗ ｓｓ ｔｕｐ ａ ｄ ｔ ｙ ｔ ｍ ｓｓｍ ｌ ｔ ｄ ｂ ｉ ｇ ｄｙ ｍ ｃｓｍ ｕ ａ ｉｎ ｍ ｏｄ ｌｏ ｍ ｕ ｉ ｌ ｔｏ ｅ ｆＳｉ ｌｎｋ． Ｗ ｉｈ ｆ ｕ ｒ ｒ Ｒｕｎ — ｕ ｔ ｅ ｈ ｄ， ｔ ｆｅ ｔ ｆ ｄ ｆｅ ｅ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｏｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｏ ｄｅ ｇｅＫ ｔａ ｍ ｔ ｏ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓ ｏ ｉｆ ｒ ｎｔｐａ ａ ｔ ｒ ｙ ｎ ｍ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｅｏｆｔ ｙｓ ｅ ｅ ｅａ ａ ｙ ｅ ． Ｔｈ ｉ ｕｌｔｏ ｕ ｕ ｔ ａ ｅ ｕ ｅ ｓｔ ｅ ｂ ｓｓｏｆｏ ｉ ａ ｅ ａ ｃ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｈｅｓ ｔ ｍ ｗ ｒ ｎ ｌ ｓ ｄ ｅ ｓｍ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ａ ｈ ａ ｉ ｐｔｍ ｌｄ
式 中， 是第 ｉ 个容 腔 的体 积 （ Ｉ ； １。 Ｅ是 油 液 的体 积 Ｔ）
弹性模量 （ａ ． Ｐ） 镗 床 液 压 进 给 系 统 可 以划 分 为 ５ 容 腔 ， 别 用 个 分
， ，… ，
式 中 ， 为 通 过 减 压 阀 阀 口 的 流 量 （ ／ ） ｑ ｑ ｍ。ｓ ； 为 通 过 节 流 阀 阀 口 的 流 量 （ ／ ） Ｃ， Ｃ ｍ。 ｓ ； ａ， 分 别 为 减 压 阀和节流 阀 阀 口 的流 量 系 数 ； ， Ｗ Ｗ 分 别 为 减 压 阀 和 节 流 阀 阀 口的 面 积 梯 度 （ ）｜ 油 液 的 密 度 （ ｇ ｍ ； ０为 ｋ／ ｍ。 ； 为 调 速 阀 的 进 口压 力 （ ａ ； ： 节 流 阀 的 入 ）Ｐ Ｐ ）Ｐ 为 口压 力 （ ａ ； 。为 调 速 阀 的 出 口 压 力 （ ａ ； ， Ｐ ）Ｐ Ｐ ） Ｌ Ｙ分 别 ｚ 为 减 压 阀 阀芯 和 节 流 阀 阀 口 的 开 口量 （ ； 为 减 压 ｍ）