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基于AMESim的连轧管机液压压下系统仿真研究

作者:Simwe    来源:LMS    发布时间:2012-10-26    收藏】 【打印】  复制连接  【 】 我来说两句:(0逛逛论坛

摘要:压下系统是连轧管机的关键设备, 提高压下系统的性能是提高成品钢管质量的途径之一。在分析先进连轧管机对压下性能要求的基础上结合板带轧机中已普遍采用的液压压下装置, 设计出可用于连轧管机的液压伺服压下系统, 并利用AMESim 这一方便、直观、高效的系统建模仿真工具建立了该液压伺服压下系统的仿真模型, 对其动态特性进行了仿真和深入分析, 为连轧管机液压压下装置的设计制造和性能改善提供了参考。
关键词:连轧管机; 压下系统; AMESim; 仿真

随着科学技术的不断进步, 连轧管机向自动化, 高速化, 高精度方向发展。作为连轧管机关键质量设备的压下装置, 传统的电动压下装置由于其固有的响应速度慢, 调整精度低, 轧制力小等缺点已经不能满足生产要求, 而液压伺服压下技术的快速响应性好, 调整精度高, 系统安全可靠, 能实现过载保护等优点已成为先进连轧管机的发展方向。液压压下系统的动静态品质的好坏直接影响系统的稳定性, 响应的快速性和控制精度, 因此, 对液压压下系统进行动态特性仿真分析一方面可以进一步了解系统特点和为优化这一系统提供依据, 对以后压下系统的控制系统设计有着重要的意义。另一方面可以节约人力和资金, 缩短设计周期, 避免重复试验和加工带来的损失, 降低产品开发成本。

1 液压压下系统简介

根据对目前国内钢管厂使用的进口先进连轧管机和板带轧机上采用的液压压下系统的相关资料分析, 选用板带轧机中的自动位置控制系统(APC) 能够满足连轧管机的压下性能指标。自动位置控制的方框图如图1 所示。相应的压下液压原理图如图2 所示。

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图1 自动位置控制系统的方框图

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1, 8- 液压泵; 2, 6- 单向阀; 3- 蓄能器; 4- 伺服阀; 5- 压下油缸; 7, 9- 溢流阀
图2 压下液压原理图

2 仿真环境介绍

AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulations of Engineering System) 是法国IMAGINE公司开发的一种新型的高级建模和仿真软件, 其全称为工程系统高级建模和仿真平台。它为用户提供了一个系统工程设计的完整平台, 使用户可以在同一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型, 集成有鲁棒性极强的智能求解器和严谨的非连续处理功能以及齐全的线性化分析工具(系统特征值的求解, Nyquist 图,Bode 图, Nichols 图, 根轨迹分析等), 使用户在仿真计算后可以非常方便地分析和优化自己的系统。

AMESim 友好的图形化界面和用户可以直接使用该软件提供的丰富的元件应用库来构建复杂系统的模型, 使它可用于研究任何元件和系统的稳态和动态性能, 使其成为当今领先的多学科系统建模、仿真及动力学分析软件。

3 压下系统模型的建立

3.1 液压压下仿真模型的建立:

从机械、控制、液压应用库中选取相应的元件建立的仿真模型如图3 所示:

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图3 压下系统的仿真模型

3.2 关键元件的模型和参数选择

在仿真软件AMESim 中建立好需要仿真的系统模型后, 仿真质量的好坏就在于关键元件模型的选择和参数的确定。对液压系统进行仿真时, 不仅系统整体的数学模型起着决定性的作用, 模型中的结构参数和试验数据也是同样重要的。

3.2.1 液压泵部分

泵PU001 是理想的定量液压泵, 没有考虑泵的机械和容积效率。

设定两个泵的排量均为60mL/rev,额定转速为1500rev/min。

3.2.2 溢流阀部分

溢流阀RV00 是简单的溢流阀模型, 没有考虑动力学因素。溢流阀导通时的流量压力曲线特性是线性的, 设定主溢流阀的溢流压力为21MPa, 副溢流阀的溢流压力为4MPa。

3.2.3 蓄能器部分

蓄能器HA001 是服从于波义耳气体定律的蓄能器动态模型。因为蓄能器中的油液释放速度很快, 设定气体工作于绝热过程。设预充气压力为13MPa, 蓄能器容积为40L。

3.2.4 伺服阀部分

伺服阀HSV34- 01 是三位四通伺服阀的通用模型, 它的数学模型为二阶振荡环节, 主要参数为伺服阀的固有频率ωsv 和伺服阀的阻尼比ζsv。依照选用的伺服阀样本设定伺服阀的固有频率为75Hz, 阻尼系数为0.8。

3.2.5 液压缸部分

液压缸HJ020 考虑了活塞两边容腔的压力动态, 黏性阻力, 活塞两边的泄漏。依实际情况设活塞直径为320mm, 活塞杆直径为260mm, 行程为60mm。

 
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