基于Simulink的镗床液压进给系统建模与仿真

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1、第３３卷第３期三峡大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．３２０１１年６月ＪｏｆＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖ．（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ）Ｊｕｎ．２０１１基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的镗床液压进给系统建模与仿真赵新泽彭巍杨明松（三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌４４３００２）摘要：以某镗床液压进给系统为研究对象，建立了其数学模型和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型，采用Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ四阶算法对其动态响应性能进行仿真，分析了不同参数下系统动态性能的变化规律，从而为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：镗床；液压进给系统；Ｓｉｍ

2、ｕｌｉｎｋ仿真；动态性能中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－９４８Ｘ（２０１１）０３－００７４－０４ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＦｅｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＢｏｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＢａｓｅｄｏｎＳｉｍｕｌｉｎｋＺｈａｏＸｉｎｚｅＰｅｎｇＷｅｉＹａｎｇＭｉｎｇｓｏｎｇ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＭａｔｅｒｉａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＵｎｉｖ．，Ｙｉｃｈａｎｇ４４３００２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｏｄｅｌｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｅｅｄｓｙｓｔｅｍｗａ

3、ｓｓｅｔｕｐａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓｉｍ－ｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＳｉｍｕｌｉｎｋ．Ｗｉｔｈｆｏｕｒ－ｏｒｄｅｒＲｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｄｙ－ｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｕｓｕｌｔｓｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｏｐｔｉｍａｌｄｅ－ｓｉｇｎ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｍａｔｃｈｉｎｇａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕ

4、ｌｉｃｆｅｅｄｓｙｓｔｅｍｆｏｒｂｏｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｂｏｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｇ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｅｅｄｓｙｓｔｅｍ；Ｓｉｍｕｌｉｎｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ镗床液压进给系统的性能对镗床的加工精度、工作效率、稳定性等都有重要影响．传统设计方法通常没有考虑使用过程中的动载荷和系统产生的振荡与冲击，设计出来的系统很难满足机床的性能要求．为进一步改进和完善液压系统，使液压进给系统在性能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，建立系统的数学模型

5、，然后基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块建立其仿真模型，据此分析了不同参数对液压进给系统动态性能的影响，为研究液压进给系统性能提供理论依据．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．图１镗床液压进给系统原理图收稿日期：２０１１－０３－０１通讯作者：赵新泽（１９６４－），男，教授，博士生导师，主要研究方向为摩擦学原理及应用技术．Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｚｚｈａｏ＠ｃｔｇｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第３３卷第３期赵新泽，等基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的镗床液压进给系统建模与仿真７５当电磁铁２ＹＡ、３ＹＡ通电使换向阀８和１１均切（３）溢流阀换至右位，液压缸１０差动连接，实现快进；电磁

6、铁溢流阀的响应速度比系统驱动负载的响应速度２ＹＡ通电换向阀保持右位，电磁铁３ＹＡ断电使换向快许多倍，因此其动态特性可以忽略不计．已知溢流阀１１换至左位，液压泵３的压力油经单向阀４、换向阀导通时的液导为Ｇ，调定压力为ｐＭ，ｐ１、ｐ２分别为阀８进入液压缸无杆腔，有杆腔经调速阀９和阀８、１１溢流阀的进、出口的油压．其静态特性方程描述如［２］向油箱排油，实现工进；电磁铁１ＹＡ通电使换向阀８下：切换至左位，电磁铁３通电使换向阀９保持右位，液ｐ１－ｐ２－ｐＭｐ１－ｐ２－ｐＭ＞０Ｑ＝Ｇ压缸１０实现差动连接，此时，有杆腔进油，无杆腔排｛０其他油，实现快退．（４）换向阀将换向阀

7、的数学模型线性化，油口的流量方程可［２－３］２液压进给系统各元件数学模型的建以写成：立Ｑ＝ｋｑｘ－ｋｃ（ｐ１－ｐ２）式中，ｋ为滑阀在稳态工作点附近的流量增益（ｍ２／ｑｓ）；ｘ为阀芯位移（ｍ）；ｋｃ为滑阀在稳态工作点附近受液体的分布性质和液压系统固有的非线性特的流量－压力系数（ｍ３／Ｐａ·ｓ）；ｐ，ｐ分别为阀的进、性的限制，要精确地建立各液压元件的数学模型并对１２出油口压力（Ｐａ）．系统进行分析极为困难．然而，应用集中参数法并对（５）调速阀非线性数学模型进行合理的线性化和假设，就能够获调速阀由减压阀和节流阀串联组成，阀内各流动得满意的结果．为此，对系统作如下假设

8、：液压泵的驱［４］参数与输出流量满足下