YP4280型液压压砖机油路分析

YP4280型液压压砖机油路分析 【摘要】 本论文主要阐述了采用功率键合图理论作为建模方法，建立了YP4280型全自动液压压砖机压制过程的功率键合图模型，并把功率键合图模型转化成为数学模型，利用MATLAB6.0进行计算机仿真，得出系统压制部分活塞运动速度和液压缸压力的动态特性曲线，为全自动液压压砖机液压系统设计和参数优化提供了依据。 关键词：全自动液压压砖机，动态模型，动态仿真，功率键合 Abstract: This paper described the use of power bond graph theory as a modeling method, a hydraulic press YP4280 automatic suppression of the power bond graph model, and the power bond graph model into a mathematical model, using MATLAB6 .0 A computer simulation system to suppress that part of piston speed and pressure of hydraulic cylinders to the dynamic nature of the automatic hydraulic press hydraulic system design and optimization of parameters provided a basis. Key words: Automatic hydraulic press, dynamic model, dynamic simulation, power bond 目 录 1引言………………………………………………………………3 1.1全自动液压压砖机简介………………………………………………………3 1.2国内液压压砖机的现状与发展趋势…………………………………………4 1.3国外液压压砖机的现状与发展趋势…………………………………………5 2 YP4280型液压压砖机油路分析……………………………..6 2.1 全自动液压压砖机……………………………………………………………6 2.1.1液压压砖机工作原理………………………………………………………6 2.1.2液压压砖机主要特点………………………………………………………7 2.1.3压砖机的动作程序…………………………………………………………8 2.1.4液压压砖机主要技术参数…………………………………………………9 2.1.5液压压砖机的组成 ………………………………………………………11 2.2YP4280型液压压砖机油路分析………………………………………………12 3 液压系统数值仿真……………………………………………20 3.1 仿真软件简介 ……………………………………………………………20 3.2 建立全自动液压压砖机液压系统的动态模型的注意事项 ……………21 3.3MATLAB仿真图形用户界面的实现 …………………………………………21 3.3.1 MATLAB图形用户界面简介 ……………………………………………21 3.3.2 MATLAB仿真图形用户界面的实现 ……………………………………21 3.3.3YP4280型压砖机液压系统仿真图形用户界面的制作 ………………24 结 束 语 …………………………………………………………30 谢 辞………………………………………………………………31 文 献………………………………………………………………32 1 引言 全自动液压压砖机主要用于陶瓷墙地砖的压制成形，是陶瓷墙地砖生产线中集机、电、液一体化的关键机械设备。随着陶瓷工业技术的不断进步和发展，对陶瓷墙地砖全自动液压压砖机液压系统的稳定性、可靠性、精确性及易操作性提出了愈来愈高的要求。对液压传动与控制系统的性能和控制精度等也提出了更高的要求。     自改革开放以来，我国的全自动液压压砖机从先进设备的引进、仿制、消化吸收，到具有自主知识产权，全自动液压压砖机的设计、制造水平取得了显著的进步。国内压砖机的水平已达到或部分超过国外先进压砖机的水平，但液压系统的设计主要借助于经验，而理论上的研究工作较少。我们知道砖坯质量的高低、压砖机稳定运行的可靠性及运行速度的快慢与液压系统的动态性能密切相关，因此有必要对压砖机的压制力、运动速度、动作时间、行程等参数进行分析。     通过对压砖机液压系统进行动态仿真研究，可以使我们了解压砖机液压系统主油缸的压制力、活塞运行速度、动作时间及活塞的行程等参数以及各个元件间相互影响和作用，从而为进一步完善和提高现有的压砖机液压系统的动态性能提供理论依据。     本文基于改善全自动液压压砖机液压系统的动态特性，针对YP3280型全自动液压压砖机液压系统，采用功率键合图理论作为建模方法，建立了YP3280型全自动液压压砖机压制过程的键合图模型。再根据键合图模型与数学仿真模型间的对应关系，在MATLAB6．5中建立仿真程序，得出系统压制部分活塞运行速度和液压缸压力的动态特性曲线，并定量分析出元件参数对液压系统压制部分动态特性的影响，从而为压砖机液压系统设计提供理论依据。 1.1全自动液压压砖机简介 所有的液压压砖机液压系统都是由动力部分、控制部分、执行部分及辅助部分四大部分组成。 (1)动力部分。动力部分主要由电动机和柱塞泵(或叶片泵)组成，向液压系统提供压力油。 (2)控制部分。控制部分一般由压力控制阀、方向控制阀、流量控制阀三大类的阀件组成。液压压砖机的液压系统一般将这些阀件组成三大集成块，即顶模、布料集成块，系统压力调节集成块和压制循环集成块。控制部分的作用是在限位开关(包括行程开关和接近开关)和延时器的配合下，按照压制成形的工艺求，控制液压压砖机各个执行机构动作的先后次序，以实现运动循环的同步化。 (3)执行机构部分。执行机构是将压力能转变为机械能，主要包括油缸和液压马达。油缸的作用是实现直线往复运动，将压力直接传递给坯体;液压马达是作回转运动。一般是液压马达通过一个带移动导杆的曲柄导杆机构(曲拐)将液压马达的回转运动变换为料车的往复直线运动。 (4)辅助部分。辅助部分主要由油箱、冷却器(加热器)、管路与接头、滤油器、蓄能器等组成。它们的功能是贮存油液、控制油温、输送油液、对油液进行过滤、清除油液中的杂质，储存能量等 1.2国内液压压砖机的现状与发展趋势 中国现已是世界公认的陶瓷墙地砖生产大国，有着世界最大的陶瓷压砖机市场。但在陶瓷压砖机上，却一直依赖于进口，其中主要来年自意大利和德国，自国家“七五”计划以来，由国家建材局组织实施的墙地砖技术装备现代化和国产化项目不断取得进步，在自主开发与国外先进技术相结合，引进技术与消化吸收相结合的方针指导下，国产液压压砖机取得了从无到有、从小到大的重大发展和技术进步，填补了国内空白，并且产品还开始出口到东南亚等国(2l。目前国内己生产出从百吨到万吨等多种规格的液压压砖机，累计达近万台。国产液压压砖机在主要技术参数、主要技术性能、主机结构、液压系统、电路系统等方面己达到国外先进水平，能在上线生产可靠运行，完全可替代进口相同吨位压砖机。国内已掌握液压压砖机的设计和制造技术，具有设计、制造各种结构和各种吨位压砖机的能力和经验。随着压砖机的种类越来越齐全，吨位越来越大，技术越来越成熟，一批批拥有丰富理论知识和实际经验的专业科研队伍逐步形成。相信在不久以后，在世界的舞台上，中国将会成为压砖机强国，国产压砖机将会起着举足轻重的作用，也必将为社会发展作出重大贡献。 与国外的液压压砖机相比，虽说国产压砖机在主要技术参数、主机结构型式以及液压元件、密封件、电气元件的选用上，它们已无多大区别，但在压砖机的性能、质量、可靠性、工艺水平、外观等方面尚一定的差距。要尽快赶上或超过国外液压压砖机的水平，还应该做好几点工作: 1.继续研究和完善液压压砖机的主机结构、液压系统、电控部分，使之特点化，国外产品的共同点都是以液压机构为工作机构，引入当代的科技成果，逐步完善，最终走向机电液一体化的高技术装备，但他们又都保持着企业的特点，如在液压油路的设计、控制显示手段、机架结构、布料系统设计等。因此，行业人士看压砖机，一看就知道是什么压砖机，又都知道是哪个公司生产的压砖机，也能评论这些压砖机的优点与劣势。 2.时刻关注国外液压压砖机的最新技术，及时消化吸收并创新体现在国内的液压压砖机上，使国产液压压砖机能跟随科技进步和市场需求的变化不断改进产品，开发新产品。国外的压砖机企业紧跟行业终端产品而开发，紧跟社会的新科技不断提高，在这一点上值得国内同行借鉴。 3.成本意识有待提高，在保证液压压砖机的可靠性、先进性和精品的前提下，应注意降低制造成本，使国产液压压砖机价格低于国外液压压砖机，增强市场竞争 1.3国外液压压砖机的现状与发展趋势 从20世纪70年代至今，国内外墙地砖压制成形机械设备有了很大的发展，取得了长足的进步。意大利、德国、日本、中国等国家的一些陶瓷机械制造公司不断推出了一大批结构日益完善、生产效率高、自动化程度高的全自动液压压砖机。这些全自动液压压砖机总的特点是压制力大，主机结构刚度大，压制(压力、压制速度、压制时间)灵活可调，各种参数数字显示，压制过程监控，故障跟踪显示，程序存储方便，自动化程度高，高效节能，性能可靠，操作维护简单，并且可以满足不同墙地砖压制成形工艺的要求。 意大利是墙地砖压制成形机械设备主要生产国，有萨克米(Sacmi )、西蒂(SiTi),娜塞提(Nassetti )、唯高(Welko )四家公司。德国生产全自动液压压砖机的公司有莱斯·布赫(LADS BUCHER)公司、道尔斯特(DORST)公司、内奇(Netzsch )公司，但目前国内使用的德国墙地砖成形液压压砖机主要是莱斯.布赫公司制造。 日本有日型(NIKKEI)公司 综观国外全自动液压压砖机近几年的发展，结合国内外等多家液压压砖机产商的产品特点，不难概括出今后全自动液压压砖机的发展趋势: 1.朝大吨位发展 3000, 4000, 5000, 7200吨等系列大吨位液压压砖机已于数年前进入市场，有消息称，10000吨以上液压压砖机也己投入生产。 2.推出宽台面的液压压砖机 不少公司推出了一些宽台面的液压压砖机，增加砖坯的压制块数，以提高生产率。 3.液压系统趋于简化，注重系统的节能 最典型的是国外液压压砖机液压系统动力源己从传统的定量泵驱动发展为新型的高效变量泵驱动。增加了一些压力能回收油路，尽量减少能量消耗。 4.注重液压系统的清洁和过滤 因为液压系统的故障75%均由于是液压油的不洁而造成的，故各公司都十分注重液压系统的清洁和液压油的过滤，普遍采用全过滤方式(即在主泵的进、出口均设置过滤器)，提高过滤精度。 5.增加机架的整体刚性，减少压制时机架的弹性变形 6.大量采用电液比例控制技术 电液比例技术是作为连接现代电子技术和大功率液压设备之间的桥梁，已经成为现代控制工程技术的基本构成之一，在近15年中得到了广泛应用。它具有节能、可靠、简化系统、调节方便和价格较低等优点。国外液压压砖机首先在料车的速度控制上应用了电液比例控制技术，其后应用到活动横梁的速度控制上，近年来又有应用到顶模装置的速度控制上。采用电液比例控制技术和先进的元件，可使料车速度、活动横梁速度、顶模装置的速度在任意行程任意位置实现无级调节与转换，且转换位置准确，重复精度高，调节方便、易实现。 7.采用先进的PLC控制系统 可实现各种参数的自动显示，压制程序的修改，过程的监控，故障诊断的实时帮助和随机教学等功能。 8.全新概念的布料系统 为满足人们对砖坯装饰的要求越来越高，使生产的砖达到天然石材的效果，因此近两年来在布料系统上做了许多的研究和改进，如二次布料装置、自由布料技术等 2 YP4280型液压压砖机油路分析 2.1全自动液压压砖机 全自动液压压砖机是当代世界陶瓷墙地砖生产线上的高科技产品，是生产线的最关键装备，液压系统是液压压砖机的核心部分。 2.1.1液压压砖机工作原理 液压压砖机是根据静态下液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，它是-种利用液体压力传递能量的机器。其工作原理如图2-1所示。1类似泵的柱塞，在力 作用下，将经过连接将经过连接管道等值传至柱塞或活塞2上，使砖坯3受-作用 ，所以可得 ，由于由于 ，则 。由此可知，液压压砖机就是利用在小柱塞上的较小作用力Fl，可以在大柱塞上产生很大作用力F2的机器。 图2-1液压压砖机的工作原理 1-小柱塞2-大柱塞3-坯体 图2-2力泰YP4280型压砖机 2.1.2液压压砖机主要特点 根据液压压砖机的工作原理可知，压砖机采用液压传动具有以下特点: 1.容易实现大型化。因为油压和活塞的面积可在较大范围内变动，压制力F=AP，只要增大活塞面积A和提高油压力P，就可得到大吨位的液压压砖机。由此可知采用液压传动的压砖机容易获得更大的工作压制力，以满足压制大规格制品的要求。 2.可方便地对压制过程的压力、速度、保压时间等参数实行调节和控制，使各项压制参数满足压制成形工艺的要求。 3.对砖坯施加的压力为静压力，因此工作平稳，有利于砖坯的压制成形。 4.容易实现压砖机的自动化操作。 2.1.3液压压砖机的工作制度和动作程序 1.压砖机的工作制度 液压压砖机的工作制度分为手动、自动两种。两种工作制度下液压压砖机所进行的动作如下图2-3所示: 图2-3液压压砖机工作制度 图2-3液压压砖机工作制度 手动工作制度在压砖机试车情况下使用，可以单独让动梁、布料顶模等装置分别运动，主要为压砖机在进行自动循环前满足初始条件而设置。自动工作制度是压砖机的主要工作方式。自动工作制度中又分为单次循环和连续循环两种。单次循环可以用来压制砖坯，调整砖坯的厚度。单次循环和连续循环区别在于:单次循环是在工作一个循环后，各机构停于原始位置，如果需要继续工作，必须再按-次循环启动按钮。而连续循环是连续不断的-个循环接-个循环的工作。 2.压砖机的动作程序 压砖机在自动循环中，粉料由压砖机后上方的料箱经软管送到压砖机的布料装置中的料斗内，布料小车向前运行，把前-次压好的砖坯推出，顶模缸一次下降，使模腔内填满粉料，布料小车退回后位，顶模缸二次下降，实现墩料，下模芯落在工作台面上，为压制作准备:上模(动梁)慢速启动，上模快速下降至接触粉料前开始制动转为慢速下降，接触粉料后又转为快速下降直到压紧粉料(即惯性压制)，然后依次进行低压压制、排气、中压压制(排气、中压压制)、高压压制、卸荷、上模慢升、快升和慢升，在上模上升的同时顶模缸上升把压制好的砖坯顶出模腔，上模升到高位时，布料小车向前运动，开始下一个循环。其动作程图2-4所示程序框图来表示 图2-4两次加压自动循环程序框图 2.1.4液压压砖机主要技术参数 1.公称压力。液压压砖机正常工作时，所能产生的最大压力。液压压砖机的公称压力由下式计算: （2-1） 式中:F—公称压力，kN; D—.主活塞(柱塞)直径，m; p—主油缸最大工作压力，MPa。 目前液压压砖机的系统油压大多数为15~17MPa，增压后为29~34MPa。液压压砖机公称压力变化基本上是靠改变主活塞(柱塞)直径实现的。例如某公司生产的液压压砖机，系统压力为16MPa，增压后主油缸压力为30MPa。液压压砖机的公称压力和柱塞直径见表2-l如示。 表2-1某公司液压压砖机公称压力和柱塞直径 2.顶模力。顶模力用于将坯体从模腔中顶出时克服坯体与模壁间的摩擦力，用下式计算: (2-2) 式中: —顶模力，KN; σ—坯体与模壁间单位面积上的正应力，MPa; S-坯体与模壁接触的面积， ; L—坯体周长，m; h—坯体厚度，m; μ—坯体与模壁间的摩擦因数。 不同公司生产的液压压砖机所配置的最大顶模力各不相同，不过-般说来，液压压砖机的公称压力越大，最大顶模力也越大。 墙、地砖的厚度比较薄，脱模时实际需要的顶模力比最大顶模力小，液压压砖机的脱模能力是有富余的。 3.立柱间距。立柱间距是指液压压砖机机架两侧立柱的净跨距，与需要安装的模具尺寸、液压压砖机的公称压力和生产的砖坯品种有关。目前液压压砖机有普通宽度工作台面和宽工作台面。立柱间距-般比模具的最大长度大10-20mm。 4.压制次数。压制次数是指液压压砖机每分钟工作循环次数，分为空载次数和负载次数。国外液压压砖机说明书中标明的压制次数是空载次数，负载次数-般不低于空载次数的75%。国产液压压砖机说明书中标明的压制次数多为负载次数。压制次数是表征液压压砖机生产能力的特征参数。 5.最大行程。活动横梁上、下极限位置(死点)的距离称为最大行程。最大行程由压制时粉料的压缩量以及模具装卸方便的要求确定。目前液压压砖机的最大行程-般为140-200mm。工作时，在保证液压压砖机正常操作的条件下，可把行程调小，以提高压制次数。设计时，取小的行程，可降低液压压砖机整机高度。 6.最大填料深度。墙、地液压砖压砖机设计的最大填料深度-般为25-60mm。填料深度与产品的厚度有关。 7.单循环加压次数。表示每个自动压制循环过程中，对坯体进行加压和排气的次数，其目的是利于排气，提高成坯质量，一般为一次、二次或三次加压。 8.活动横梁与底座(工作台面)的最小距离。该距离是用于安装模具和布料的空间，由模具的高度、布料装置中的推料板的高度尺寸决定。 9.液压系统工作压力。液压系统油路的压力，单位用MPa表示。 10.最大工作压力。通过增压后或不增压，主缸达到的最大油压，单位用MPa表示。 11.功率。液压压砖机中的功率包含主泵电机功率，辅助油泵电机功率，模具加热所需热功率等，单位用kw表示。 12.冷却水用量。用于冷却液压油的水消耗量，该用量与冷却的温度有关，-般应标明冷却水的温度及用量，用L/min或 /min表示。 2.1.5 液压压砖机的组成 国内外不同公司生产的全自动液压压砖机虽然在结构上有所区别，各不相同，但是其组成部分基本上是大同小异的，在此以某公司的YP428O型压砖机(如图1-4所示)为例作-介绍。YP4280型全自动液压压砖机可分解为机械、液压和气动、电气三大部分。 图2-5YP4280型全自动液压压砖机结构示意图 l-框架2-主活塞3-油缸4-动梁5-导杆6-顶出装置7-支脚8-泵站9-阀组III 10、18-蓄能器11-自控柜12-动力柜13-布料小车14-喂料斗15-阀组I 16-增压器17-阀组II 19-安全装置 机械部分由液压压砖机主体、布料装置、顶模装置、排气装置和安全装置组成。 液压压砖机主体包括包括框架1、主活塞2、油缸3、动梁4、导杆5和支脚7等。油缸在液压油的驱动下，带动动梁上下往复运动;上模板及上模芯固定在活动横梁的下表面，模框及下模芯安装在底座上，下模芯和顶模装置相连。上模芯随活动横梁下行时，由立柱导向，完成坯体的压制成型。 布料装置包括喂料斗14和布料小车13两个部分，喂料部分由电机驱动，由它来完成供料任务。布料小车部分由油马达驱动，它起到把砖坯推出模具的同时也把粉料带进模腔的作用，再配以先进的比例控制，使推砖更平衡布料更均匀; 顶出装置6由液压能驱动，完成装料、墩料和顶砖的动作;安全装置19的设置是为了需要压砖机动梁不工作(如擦模换模等)时，能且-定要将安全装置拉起， 安全装置中的安全杆将动梁顶住并与电控系统连锁确保工作者的安全。 电气部分包括自控柜11、动力柜12以及对压砖机工作状态进行监控的接近开关和安全开关等。 液压部分包括泵站8、阀组I 15、阀组II7、阀组III9、增压器16、蓄能器10、18以及连接各部分的液压附件组成。 气动部分的气动系统由气动三联体、气动阀及气缸等组成。该部分的作用是给充液油箱加-定的压力和喂料斗闸门气缸及控制下模芯顶出装置气缸的压缩空气。 机械部分由液压压砖机主体、布料装置、顶模装置、排气装置和安全装置组成。 2.2YP4280型液压压砖机油路分析 作为迄今为止世界上梁柱结构形式压制力最大的压砖机，YP4280被客户誉为“机王”，专家-致认为它有7处创新的突出特点，代表国产压机的先进水平，该机型也是唯-列入国家科技创新基金项目的陶瓷压砖机产品。YP4280型液压压砖机的液压原理图如图2-6所示，压制循环曲线如图2-7所示。 1.泵站及系统压力设定 该机液压系统的泵站主要由主油泵50、过滤循环泵40、集油箱48、下油箱45、列管式冷却器44、滤油器46等元器件组成。主泵50为恒压式变量泵。过滤循环泵40为叶片泵。滤油器46为粗过滤器(过滤网孔径为100μm)，滤油器29为精细过滤器(过滤网孔20μm)。过滤循环泵40对油液进行过滤，过滤后的油液主要返回充液罐，另外-路的油液进入主泵50。 对主泵进行冷却和润滑后返回到下油箱45。冷却器44为列管式热交换器，对液压油进行冷却。冷却水靠人工调节。集油箱48是将液压压砖机增压缸、活塞等处的泄漏油进行回收，泄漏油装满油箱后，由集油箱48中的油泵泵回到油箱。系统压力由先导式溢流阀19调定，压力传感器PB1和PB2，可对主缸内的压力和系统的压力进行动态检测。 2.料车动作 料车的往复直线运动是通过油马达25和曲柄导杆机构实现的。运行速度的快慢是通过改变油马达25进油量的多少而使油马达的旋转速度发生变化而实现的。通过改变电磁比例阀26的电磁铁YV307的不同通电量，使电磁比例阀的开口大小发生变化，从而实现油马达25的旋转。 速度的变化，并在油马达上安装-角度编码器，通过角度编码器检测油马达的转角，从而实现在多种位置对料车运行速度的控制与转换，有利于对布料小车运行速度的调节需要，更利于布料的均匀。 为使油马达25的进口压力稳定，设置了减压阀犯，压力设定为7~10MPa，该压力可调节油马达扭矩的大小。在控制布料油马达25转速大小的电磁比例阀YV307之前设置了-精度过滤器34，使电磁比例阀YV307工作可靠。 3.顶模运动 该顶模部分的油路由模具的锁紧与松开和下模芯的升降控制两部分组成，外加-控制下模芯顶出模框面的气动部分。具体动作原理如下: (1)模具的锁紧与松开。 模具的锁紧与松开由电磁换向阀1-10控制下模芯托板与顶杆组的锁紧与松开状态。电磁换向阀l-10的电磁铁YV304处于失电状态时，系统压力油进入锁模缸上腔，下腔处于排油状态，模具锁紧:当电磁换向阀1-10的电磁铁YV304得电时，锁模缸下腔进压力油，锁模缸上腔处于排油状态，模具松开。 (2)下模芯的升降运动。 下模芯的升降运动-般有下模芯的顶出(即顶坯)、下模芯的-次下降(填料)、下模芯的二次下降(墩料)及下模芯的越位顶出(清扫模芯)四种运动状态。前三种运动为顶模装置的工作状态，第四种运动仅在清扫模具时工作。下模芯顶出(顶坯):电磁换向阀2-3中的电磁铁YV302失电，锥阀302关闭，电磁换向阀1-9中的电磁铁YV301得电;打开锥阀V301;压力油经锥阀V301进入顶模装置A缸的上腔，A缸上升，下腔的压力油经电磁换向阀2-3排回油箱。与此同时，电磁换向阀2-4中的电磁铁YV303得电，压力油经电磁换向阀2-4，单向节流阀38进入B缸，使B缸套上升，下模芯处于顶坯工作状态。 下模芯一次下落(填料):电磁换向阀2-3的电磁铁YV302得电，锥阀V302开启:电磁换向阀l-9的电磁铁YV301失电，锥阀V301关闭;压力油经电磁换向阀2-3进入顶出缸A缸的下腔，A缸上腔排油经锥阀V302排回油箱，顶模缸实现-次下降(此时由于YV303仍得电，故A缸不能下落到位)。空出填料空间，以便布料小车填料。下模芯二次下落(墩料):填料完毕，活动横梁开始下降，电磁铁YV303失电，B缸中的压力油经单向节流阀38排回油箱。此时排油不通过节流阀口，只通过单向阀，故排油速度快。由于下落速度快，故称之为墩料。下模芯的越位顶出:当需要清扫下模芯时，可让二位五通空气电磁换向阀71中的YV402得电，让压缩空气推动气缸72动作，使固定在压砖机底座上的齿盘转动-个齿位。这样，上、下齿盘的齿错位，当下模芯顶出时，使下模芯顶出模框-个齿的高度，以便对模芯四周侧面进行清扫。 4.压制循环 下面结合YP428O型液压压砖机自动循环压制曲线来介绍压制过程中各阀的动作情况。 (1)推砖-布料 当自动循环启动按钮被按下后，电磁换向阀2-2的电磁铁YV306得电，电磁比例阀26的电磁铁YV307得电，压力油经电磁换向阀2-2、过滤器34、减压阀32和电磁比例阀26进入油马达25，驱动油马达旋转，通过曲柄导杆机构使布料小车向前推砖-布料。排油经电磁比例阀26和单向背压阀27排回油箱。油马达25的旋转速度快慢由电磁比例阀26开口大小来控制。 当布料小车将砖坯推出模框2/3时，电磁换向阀2-3的电磁铁YV302得电，锥阀V3OZ开启;电磁换向阀1-9的电磁铁YV301失电，锥阀V301关闭;压力油经电磁换向阀2-3进入顶出缸A缸的下腔，A缸上腔排油经锥阀V302排回油箱，顶模缸实现-次下降(此时由于YV303仍得电，故A缸不能下落到位)。空出填料空间，以便布料小车填料。当布料车后退至后极限位置时(YV306、YV307均失电)，电磁换向阀2-4的电磁铁YV303失电，墩料缸B缸的压力油经单向调速阀38和电磁换向阀2-4排回油箱，在顶出缸A缸的作用下，A、B两缸-起下落完成墩料动作，下模芯落在底座上，以便压制。 (2)上模下行 上模快速下行:电磁换向阀1-8、比例阀20的电磁铁YV加3、YV204得电时，锥阀203、204开启，主油缸下腔的压力油经V204、V203排回充液箱。此时充液阀57处于开启状态，充液箱中的低压油经阀57迅速进入主油缸的上腔，活动横梁实现快速下行。 上模慢速下行:当上模快速下行到设定的减速位置时，由位移传感器发出指令，通过调节比例阀YV204的开口可调节锥阀V204开口的大小，实现动梁的慢速下行。主油缸下腔的油经锥阀V204、V203回油箱。设置压力阀21的目的是为制动时吸收因惯性引起的压力冲击，对主油缸下腔回路起安全保护作用。 (3)一次加压 惯性加压:当上模芯接触粉料面时，即活动横梁下行到设定位置时，由位移传感器发出指令，让电磁换向阀2-1的电磁铁YV106得电，压力油进入接力缸58的下腔，上腔排油，充液阀57在弹簧力的作用下关闭;同时电磁换向阀1-1的电磁铁YV101得电关闭锥阀V101，为随后的加压作好准备。此时活动横梁以自身所具有的惯性对粉料进行加压，主油缸上腔所需的低压油由锥阀V105进入。惯性加压时间由计时器Tl设定。 低压加压:惯性加压Tl结束，低压加压计时器T3开始计时。电磁换向阀1-5、1-4的电磁铁YV105、YV104得电，关闭锥阀V105，开启锥阀V104。主油缸下腔依然保持减速时的排油状态，压力油经锥阀104、106进入主油缸的上腔。由于此时的粉料比较疏松，负载小，主油缸的压力较小，故称为低压加压。一旦主油缸的压力达到低压加压的设定值时(由压力传感器PB1检测)，第一次加压结束，转入排 气阶段。 (4)排气 发出指令进入排气阶段，时间由T4计时器设定。电磁铁YV104、YV105、YV203、YV201均失电，电磁换向阀l·7的电磁铁YV202、电磁铁YV204得电。这样，锥阀V104关闭，锥阀V105开启，主油缸上腔为卸荷状态;锥阀203关闭，锥阀V202开启，压力油经锥阀V205、V201、V202、VZO4进入主油缸下腔，使活动横梁上抬，使坯体中的气体排出。活动横梁上抬的速度由锥阀V204调定。锥阀201开启，使蓄能器巧的压力油进入阀组I的通道打开，为后续的压制所需的大流量作好了准备。 电磁铁YV202得电时间的长短由位移传感器控制，达到预定的设定位置时，电磁铁YV202失电，锥阀V202关闭，主油缸下腔停止进油，但此时锥阀203仍处关闭状态。主缸下腔为一封闭的容积，即主活塞保持在排气状态不动，以延续排气过程。排气的时间由T4设定。 T4到时后，电磁铁YV203得电，锥阀203开启，主油缸下腔处于排油状态，上腔仍处于卸压状态，此时活动横梁靠自重落在坯体上。 (5)二次加压 当T4到时后，电磁铁YV103、YV105得电，锥阀V103开启，锥阀V105关闭，压力油经锥阀V103、V106进入主油缸上腔，这时主油缸下腔已是排油状态，主活塞下行，活动横梁对坯体施压。由于此时的坯体已较致密，主油缸的压力很快达到系统调定的压力(由溢流阀19调定)。调节锥阀V103开口大小，可调二次加压速度。加压时间长短由T6设定。 (6)第二次排气 T6到时后，电磁铁YV103、YV105失电，关闭锥阀V103，开启锥阀V105，电磁铁YV202得电，电磁铁YV203失电，开启锥阀V202，关闭锥阀V203，开始二次排气，进排油过程同第一次排气，排气时间由T7设定。 (7)第三次加压 第三次加压分中压和高压和保压三个阶段。 中压:T7到时后，发出指令使电磁铁YV101失电，开启锥阀V101:电磁铁VY103、YV105得电，锥阀V103开启，锥阀V105关闭，压力油经锥阀V103、V106进入主油缸上腔，主油缸上腔压力迅速上升到系统压力(15~17MPa)。锥阀V101开启，增压缸大端为排油状态，利用主缸内的压力油使增压活塞回到最上位置，为后继的增压做准备。电磁铁YV204得电，锥阀V204开启，加快主油缸下腔的排油速度。时间由T9设定。 高压:T9到时后，发出指令使电磁铁YV101、YV102得电，锥阀V101关闭，锥阀V102开启;电磁铁YV103失电关闭锥阀V103:其余电磁铁得失电同中压阶段。压力油经锥阀V102进入增压缸大端，增压缸小端排出的高压油进入主油缸 上腔，锥阀V106相当于单向阀，逆向关闭。 主油缸内的最高压力可由压力传感器PB1检测出的压力信号控制加压的结束，也可由Tll计时器进行控制。 保压:Tll到时后，发出指令使电磁铁YV102失电，锥阀V102关闭，由于此时电磁铁YV101仍是得电状态，锥阀V101仍关闭，这样增压缸大端处于封闭状态，系统维持高压状态，即保压，时间由T12控制。 (8)卸压 卸压由增压缸回程和开启充液阀两部分组成。 增压缸回程:T12保压结束，卸压计时器T13开始计时，T13发出指令，使电磁铁YV101、YV203失电，锥阀V101开启，由于锥阀V101仍关闭，增压缸大端开始卸压，即增压缸回程。锥阀V203关闭，切断主油缸下腔的排油通道。 开启充液阀:T13到时后发出指令，让电磁铁YV106失电，压力油经电磁换向阀2一1进入接力缸58，打开充液阀57，让主油缸上腔和充液箱相通。同时YV105和YV302失电，YV202得电，锥阀V105开启，主油缸上腔开始卸压;锥阀202开启，压力油经锥阀V202、V204同时进行主油缸下腔，为活动横梁回程作准备。 (9)活动横梁回程 活动横梁回程由慢速回程、快速回程、慢速回程三部分组成。 慢速回程:开启充液阀的同时，锥阀202开启，压力油经锥阀V202、V204进入主油缸下腔，同时顶模装置部分的电磁铁YV301、YV303得电，压力油同时进入顶模A、B两缸，活动横梁缓慢上升。随活动横梁的上升，顶模缸将坯体顶出模框。由于此时比例阀YV204控制的锥阀V204的开口很小，所以动梁上升速度慢，故称之为动梁慢速回程。 快速回程:由于电磁铁YV106失电，压力油经电磁换向阀2-1进入接力缸58，打开充液阀57，让主油缸上腔和充液箱相通;主油缸上腔的排油阻力大大减少，由比例阀YV204控制V204的开口变大，主缸活塞快速回程。调节锥阀V202可改变快速上升的速度大小。 慢速回程:快速回程的终止靠位移传感器设定，当活动横梁上升到位移传感器设定点后，传感器即发出指令，由比例阀YV204控制V204的开口变小，主油缸下腔的进油因受到锥阀V204的节流而使上升速度减慢。 由以上分析不难看出，活动横梁回程的三个过程中，电磁铁的得电情况和开启充液阀时是一样的，不同的是比例阀YV204的得电量不同导致锥阀V204的开口大小不一样，进入主油缸下腔的压力油的流量不同，这样就能控制横梁回程的速度。当活动横梁上升到自动循环的止点时，位移传感器发出指令，让电磁铁YV202失电，关闭锥阀V202，切断主油缸下腔的进油通道，活动横梁停止上升，一个压制循环结束。 3液压系统数值仿真 3.1仿真软件简介 利用计算机作为工具，把实际物理系统转换成模型在计算机上运转的过程称之为仿真，用于对系统进行仿真的一整套软硬件设备称为仿真系统，而研究能够在计算机上运转的模型的建立和实验方法的学科称为仿真技术。 仿真技术作为一门综合性的科学己有四十多年的发展历史，期间经历了物理模型仿真、模拟计算机仿真和数字计算机仿真。早期，人们采用计算机高级程序语言对系统进行仿真，如BASIC，FORTRAN，PASCAL等。近些年，C语言用的最为普遍。用计算机高级程序语言编制的系统仿真程序，不但要详尽描述各类事件的发生和处理情况，还要规定各类事件的处理顺序。这样，即便是一个很简单的系统，程序也很长，难于调试。同时，为了设计出优良的人机界面，对数据输入方式和仿真结果的数据打印格式或图形表达形式要大费心思。 Matl准确、简明和便于仿真的数学模型;另一个就是选择适当的算法编制仿真程序仿真。对系统的时间响应进行动态仿真，采用什么样的仿真算法是一个至关重要的问题。在选择算法时，通常考虑以下几个方面的因素:算法的适用性，计算速度，计算精度和算法的收敛性。用计算机对连续时间系统进行数字仿真，主要是两种方法: 基于数值积分的仿真方法和基于离散相似法的仿真方法。数值积分法又包括单步法和多步法，单步则有显式和隐式之分。显式常用方法又有一阶欧拉法、四阶龙格库特法等。多步法常用的有自动变阶和变步长的吉尔法和Adams法。 对于一个具体的液压系统来说，当你分析的目的不同时，建立的模型也不一样，在满足要求的前提下模型越小、越简单越好，对于全自动液压压砖机液压系统建立其动态模型时，一些对系统动态特性影响不大的非主要因素可以忽略，同时在状态方程中对其予以保留并作了尽可能符合实际的描述，以便对系统动态特性进行更为准确的模拟。 3.2 建立全自动液压压砖机液压系统的动态模型的注意事项 通过对系统中各个元部件的分析得知，为了建立一个能反映该系统主要静、动态特征的最简单的数学模型，在建立全自动液压压砖机液压系统的动态模型时，需要作一些处理，主要有下面几点: (1)油源看成是一恒压源SE，即忽略了溢流阀对系统动态特性的影响。 (2)对于泵、缸以及各类液压阀，因它们的制造精度较高且都具有较好的润滑条件，故不考虑系统的库仑摩擦力。 (3)忽略油液体积弹性模量随着管径、管子的材料和温度的变化而变化，认为油液的体积弹性模量处处相等。油液的动力粘度也随压力和温度的变化而变化，但考虑到所研究系统的压力和温度变化不大，故将油液的动力粘度视为常值。 (4)由于一次加压和二次加压过程中的功率流向基本相同，只是流经的插装阀不同，所以在建立功率键合图时采用同一个功率键合图模型。只是在转换成数学模型时，由于活塞的行程不同，则有所区别，即C16、C24、I27、I13不同，其它参数都一样。由于一次排气和二次排气进排油过程相同，采用同一个功率键合图，所以仿真一次排气曲线即可。 (5)本文采用适用本系统(刚性方程)的ode23s—龙格一库塔单步、显式、变步长RK-23。 3.3MATLAB仿真图形用户界面的实现 3.3.1MATLAB图形用户界面简介 图形用户界面(Graphical User Interface)简称GUI，是用户与计算机和计算机程序的交互方式，是用户与计算机进行信息交流的方式。用户界面设定了如何操作计算机和应用程序。用户以某种方式激活这些图形对象(如图形窗口、菜单、控件、文本)，会引起动作或发生变化。MATLAB为图形用户界面的设计提供了一个功能强大的设计向导，该向导也是以图形用户界面的形式提供给用户的，从MATLAB的File菜单下选择New GUI命令，弹出GUI控制面板设计向导口 3.3.2MATLAB仿真图形用户界面的实现 系统的程序设计采用MATLAB编程语言来实现。利用MATLAB的图形用户界面(GUI)来设计程序运行的界面。整个系统由若干个运行界面和相应的M函数文件所组成，每一个运行界面对应的程序构成一个M文件。同一个M文件中又包含若干个M函数，界面中的每一个控件及菜单项对应的程序都有放在相应的M函数内。各个功能对应的M函数文件，由一个主文件将它们联成一个整体，最终形成运算系统在程序设计中，对各运算功能的M文件，其共同之处有以下几个方面: 1.使用菜单项实现各功能窗口的转换，起导航作用。对菜单的编程主要是调用系统中的其它M函数文件。 2.文本框主要用于接收用户输入的数据。所有程序基本上是先从文本框中接收数据，然后对接收的数据进行预处理。对接收的数据进行预处理包括: (l)数据类型转换，从文本框内接收的数据都是字符串类型，而在计算过程中就远不是字符型数据就能实现的，需要将其转换为计算所需要的类型，如数值型、符号型、元胞型、结构型。 (2)容错处理，允许用户对某一形式的数据有多种输入方式，程序都能识别。 (3)判别用户的输入是否合法，如不合法则中止程序的运行，待用户修改成正确输入后再进行程序运行。 3.命令按钮是执行运算操作的最主要控件，运算程序主要是放在其相应的M函数内部。实现上编写程序最主要是对命令按钮进行编程。系统的各种运算功能的实现基本上是三个过程。其一是接收用户输入的数据，其二是对接收的数据进行处理和运算，第三是将运算后的结果显示到界面上的文本框、下拉列表框等控件内。其中第二步对数据进行处理及运算是最主要的工作，这包括数据类型的转换、容错处理、纠错处理、数据运算、运算结果的数据类型转换、显示设计等工作。 一、仿真图形用户界面的设计过程 MATLAB的整个GUI设计过程如图3-1所示 图3-1用户图形界面设计过程示意图 概括为以下几点: 分析界面所要求实现的主要功能，充分理解用户的需要，明确设计任务; 在稿纸上绘制出界面草图原型，并站在使用者的角度或与最终用户一起来评价草图原型; 按构思的草图，上机制作界面，调试，检查错误;编写界面动态功能的程序，对功能进行逐一检查。 系统采用窗口操作的模式，以实现所见即所得的效果。用户进入到操作窗口后根据界面上的菜单、控件的名称就能知道操作的方法。通过窗口、菜单、控件、文字说明等构成界面。用户只需要利用鼠标或键盘就能方便地操作。 窗口中的菜单来实现各功能窗口的转换，起到导航作用，用户只需点击菜单项就可进入到相应功能的用户操作界面。为了使菜单项简洁，在一个窗口中只列出了同一大类运算的各子运算功能的菜单条。“帮助”菜单项起到调出帮助窗口的作用，用来让用户查看帮助信息。 系统的窗口中的控件主要设计有:静态文本框、可编辑文本框、下拉式列表框、复选框、命令按钮、对话框、弹出式菜单、坐标系等。静态文本框用于对界面上其控件的说明和用以显示运算结果。可编辑文本框主要用来接收用户输入的数据，另外也用来显示运算的结果。下拉式列表框主要用于运算中需要作的一些设置，有的地方也用来显示运算的结果。复选框主要用来做是与否的选择性设置。命令按钮用于执行运算命令用的，当用户对运算前的数据作了正确的输入后及设置后，单击命令按钮，程序就开始进行运算。对话框用于当用户单击命令按钮后需要程序在运行中进行的输入设置，还用于提示用户出现的非法输入。弹出式菜单是用户将鼠标指向窗口或某个控件时，单击鼠标右键弹出的菜单，在本系统中弹出式菜单主要用于实现一些辅助性操作和对控件作说明之用。坐标系是用来绘制图形和图象，使运算结果直观地表示出来。 二、图形用户界面的设计原则和一般步骤 图形用户界面，是由窗口、光标、菜单、按键、文字说明等构成一个用户界面。作为一个数学运算能力很强的软件，MATLAB的运算结果通常用图形来表示，因此，GUI的使用更易于图形表现的多元。用户不需要一行行的用程序来设定，只要用鼠标选择即可。在回调(Callback)处理模式下，也可以用程序设计方式将各个相关的处理程序集成为单一的处理系统，使研究成果表现得更好，这就是GUI的目的。 GUI对象层次结构: 图形命令生成的每一个事物都是图形对象。图形不仅包括uimenu和uicontrol对象，而且还包括图形、坐标轴和它们的子对象。现在，从另一个角度来看这一层结构。计算机的屏幕本身是根结点，图形是根对象的子对象。坐标轴、uimenu和uiC0ntrol是图形的子对象。 根可以包括多个图形，每个图形含有一组或多组坐标轴以及子对象，每个图形也可以有一个或多个与坐标轴无关的。imen。和。iContr。l对象。虽然uiC。。tr。1对象无子对象结点，但它们确实具有多种类型。Uimenu对象经常将其他的uimenu对象作为其子对象。 在不同型号的计算机或者平台上运行MATLAB，将产生不同的图形显示。虽然在各种平台上，图形显示有很大的不同，但在很多的情况下，句柄图形的编码是一致的。MATLAB可以处理平台和窗口的判别体现句柄图形例程的函数，包括应用uimenu和uicontrol对象的函数，通常运行在所有平台上。 GUI对象层次结构如图4一2所示。 图3-2GUI对象层次结构示意图 3.3.3 YP4280型压砖机液压系统仿真图形用户界面的制作 本文运用Mat1abGU工设计出压砖机一次、二次加压和一次、二次排气过程中，活塞运行速度随时间的变化，液压缸压力随时间变化以及各参数的变化对活塞运行速度影响的仿真图形用户界面。 1.​ 创建带下拉菜单的菜单选项。 编写如下dog.m文件，运行后可得如图4一3所示结果。 %figure %一次加压 h_menu=uimenu(gef，’label’，’&加压’): h_submenul=uimenu(h_menu，’label’，’&一次加压’): h_subsubmen。1=uimenu(h_submenul，’label’，’&C8的影响…’，’cal’,’testC8’); h_subsubmenuZ=uimenu(h_submenul，’label’，’&C16的影响…’，’cal’,’testC16’); h_subsubmenu3二uimenu(h_submenul，’label’，’&R14的影响…’，’cal’,’testR14’); h_subsubmen。4=uimenu(h_submenul，’label’，’&液压缸压力曲线’，’cal’,’testYG’); %二次加压 h_submenuZ=uimenu(h_menu，’label’ h_subsubmenul=uimenu(h_submenuZ， ); h_subsubmenuZ二uimenu(h_submenuZ， ，testC1616，): h_subsubmenu3=uimenu(h_submenuZ， ，testR1414，): h_subsubmenu4=uimenu(h_submenuZ， ，testYGYG，): ，&二次加压’): label’，’&CS的影响… label’，’&C16的影响… eal’，’testC88 ，eal’. label’，’&R14的影响… label’，’&液压缸压力曲线’ eal’， h_submenu2=uimenu(h_menu，’label’，’&二次加压’) h_subsubmenu1=uimenu(h_subenu2，’label’，’&C8的影响…’，’cal’，’testC88’); h_subsubmenu2=uimenu(h_subenu2，’label’，’&C16的影响…’，’cal’，’testC1616’); h_subsubmenu3=uimenu(h_subenu2，’label’，’&R14的影响…’，’cal’，’testR1414’); h_subsubmenu4=uimenu(h_subenu2，’label’，’&液压缸压力曲线…’，’cal’，’testYGYG’); %排气 h_menu=uimenu(gef，’label’，’&排气’): h_submenuz=uimenu(h_menu，’label’，’&R17的影响…’，’cal’，’testR17’); 图3-3带下拉项的用户菜单 2.编写TestC8.m文件。 (1)产生图形窗和轴位框，编写如下代码，在指令窗口中运行可得如图4-4所示结果。 clf reset H=axes(’unit’，’normalized’，’position’，[0,0,1,1] ，’visible’，’off’); set(gcf，’currentaxes’，H); str=’\fontname{隶书}一次加压速度曲线’； text=(0.12,0.93,str，’fontsize’，13); h_fig=get(H，’parent’)； set(h_fig，’unit’，’normalized’，’position’，[0.1,0.2,0.7,0.4]); h_axes=axes(’parent’,h_fig,… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.1,0.15,0.55,0.7],… ’xlim’，[00.35] ，’ylim’，[00.12] ，’fontsize’，8; 图3-4产生坐标轴 (2)静态文本和编辑框的编写 在坐标框右侧生成作解释用的“静态文本”和可接受输入的“编辑框”，编写以一代码，并在指令窗中运行，可得如图3-5所示结果。 h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’text’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.67,0.73,0.10,0.05],… ’horizontal’，’left’，’string’，{’输入C8=’}） h_edit =uicontrol(h_fig，’style’，’edit’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.67,0.73,0.12,0.07],… ’horizontal’，’left’，… ’callback’，’jane’); h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’text’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.80,0.63,0.08,0.07],… ’horizontal’，’left’，’string’，{’红色曲线’}）； h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’edit’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.67,0.53,0.12,0.07],… ’horizontal’，’left’，… ’callback’，’jane’) ；; h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’text’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.80,0.53,0.08,0.07],… ’horizontal’，’left’，’string’，{’蓝色曲线’}）； h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’edit’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.67，0.43，0.12，0.07],… ’horizontal’，’left’，… ’callback’，’jane’) ； h_text=uicontrol(h_fig，’style’，’text’，… ’unit’，’normalized’，’position’，[0.80，0.43，0.08，0.07],… ’horizontal’，’left’，’string’，{’绿色曲线’}）； 图3-5在图形界面中产生编辑框和文本框 (3)制作坐标方格控制按键 在以上操作的基础上编写并运行如下代码，在界面上添加两个按钮，如图3-6所示。 h_push1=