排气回收速度控制系统的数学模型及其动特性分析.pdfVIP

制造自动化及机电一体化技术 323 排气回收速度控制系统的数学模型及动特性分析 石运序+李小宁 (南京理]一：大学机械：[：程学院制造及自动化系，南京210094) 摘要对于常规气压传动系统，气缸完成一个工作行程后，在换向阀再次切换之前，工作腔 已充至接近于气源压力，排气腔放至大气压力，反向运动时，原来的工作腔变成排气腔，其 中的有压空气就变成废气放掉，并且形成背压成为反向运动的阻力。放掉的这部分有压空气 没有做任何有用功就排出系统，从而造成了很大的能量损失，若能加以利用，将创造很大的 经济价值。该文针对这个问题，建立了排气回收速度控制系统的数学模型，并利用MATLAB 6．x对其进行了动特性仿真分析。 关键词数学模型，气动系统，仿真，特性分析 l 引言 随着人们对=竹能和环保意识的加强，在工业的各个领域里节能已经成为一个世界性的课题。在气 动技术中，很多学者对此进行了一定的研究。从节能角度来看，气动系统的效率很低，要比液压系统 究，认为当时的电气系统效率为80％，液压系统效率为40％，而气动系统的效率仅为20％。并估计将 来能够达到的可能值是电气系统为90％，液压系统为75％，气动系统为40％。可见，气动系统节能还 ’仃很大的改善空间。本文通过在执行元件排气侧设置回收气罐，从而实现了对排气侧高压气体的回收， 并针对此系统建立了数学模型，用MATLAB 6．x进行了系统的动特性仿真模拟。 2排气回收速度控制系统简介 实际生产中使用的常规气压传动系统如图2所示，执行器排气侧的高压气体一般没有经过任何利 用就直接排到大气中，从而造成了极大的能源浪费。若直接用一蓄能气罐回收这部分气体，经过多次 循环后，气罐中的压力必定越来越高，一旦其压力大于排气侧出口的压力，气罐中的压力会对排气侧 的压力产生干扰，进而影响气缸活塞的速度控制特性。针对这种情况，本文提出如图l所示的排气回 收速度控制系统，在实现排气回收的同时，对气缸的速度控制特性影响也较小。 位通，气控阀QKl左位通，气源经节流阀J1进入气缸A的无杆腔l，驱动负载并使活塞杆伸出。同 时当排气侧的压力大于蓄能气罐c中的压力时，排气腔的这部分高压气体经节流阀J2，气控阀QK2、 QK3回收至蓄能气罐c；当蓄能气罐c中的压力比排气侧压力高时，排气腔的这部分低压气体排到大 气中。当有触发信号a1时，电磁阀Dvl切换，其工作过程同上。 ’作者简介：石运序男，24岁，山东临沂人，南京理工大学机械工程学院博士生 324 现代企业与先进制造技术高层论坛 图1 ERVCS系统回路图 The ofExhaustReclaim 图2常规系统回路图 Fig．1 diagram Control 1he Velocjty SystemL00p Fi92di掷ofRoutineSyst跚妇p 3 排气回收速度控制系统(EIWCS)无因次数学模型 3．1 气缸活塞伸出阶段无因次数学模型 恒压气源熙向变积无杆腔1充气，变积有杆腔2中的高压部分向气罐充气，低压部分向大气放气 的过程。为了使研究结果具有普遍意义，以适用于同类型的气压传动系统，用下列关系式进行无因次 化： 令以=鲁，吼=鲁，a=詈，a。2尝，x=知=誓^2云涛一毒， 甩=脬=等努¨=嘉，厂=去， 式中：月一气缸活塞作用面积m2，九～管道系统有效流通截面积m2，6一管道系统临界压力 比，Ⅳ一活塞的位移m，膨一运动部件的质量kg，S一活塞的行程长度m， 尸一绝对压力p 尸一力负载N，丁一时间s，矿一腔室容积m3， 则由变质量系统热力过程理论和牛顿第二定律，可得下列无因次数学模型： 堕：塑坚12一竺!．堡， (1) 砒 xlo+xxlQ+x疵 鲁2去h妄一摹啾》