[发明专利]桥式起重机起升系统的机械-液压耦合建模方法在审

专利信息
申请号: 201910382418.6 申请日: 2019-05-09
公开(公告)号: CN110245378A 公开(公告)日: 2019-09-17
发明(设计)人: 任彬;罗序荣 申请(专利权)人: 上海大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 上海上大专利事务所(普通合伙) 31205 代理人: 陆聪明
地址: 200444*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 起升 液压耦合 桥式起重机 数学模型 综合考虑 建模 传感子系统 动力学特性 机械子系统 液压子系统 仿真领域 机械液压 领域建模 马达转速 系统仿真 耦合特性 创新性 优化 验证
【说明书】:

发明公开了一种桥式起重机起升系统的机械‑液压耦合建模方法,属于多领域建模仿真领域。本方法的操作步骤为:1)建立桥式起重机起升系统的机械‑液压耦合数学模型。2)在AMESIM中,建立包含机械子系统、液压子系统、控制和传感子系统在内的起升系统的机械‑液压耦合模型,综合考虑整个系统的机械‑液压耦合特性。3)通过对比数学模型和AMESIM机械‑液压耦合模型的马达转速曲线,对所提方法进行验证。4)基于所提方法,优化了桥式起重机起升系统的二次起升下滑问题。本发明方法具有创新性和仿真依据,可解决现有起升系统仿真无法综合考虑整个系统的机械液压耦合特性等缺陷,对起升系统的设计及动力学特性的优化具有重大的指导意义。

技术领域

本发明涉及一种桥式起重机起升系统的机械-液压耦合建模方法,应用于桥式起重机起升系统设计领域。

背景技术

桥式起重机起升系统是典型的以机械为主体,融合了机械、液压、电子和控制等子系统的多领域物理系统。各子系统之间存在复杂的能量转换关系,其中机械系统和液压系统之间具有强耦合效应。机械系统作为起升系统的执行机构,受到液压系统的驱动和控制,因此机械系统的动力学问题,可以通过多领域建模来求解。

机械液压耦合建模是将机械、液压、电子、控制等不同学科领域的模型组装成为一个更大的系统进行仿真,可以更全面地体现整个系统的综合特性。传统对起升系统的分析,将液压系统和机械结构作为独立单元进行研究,单独分析液压系统的动态特性,或是将起升机构等效为质量弹簧系统,单独分析机械系统的特性。从能量转换角度来看,液压起升机构是机、液两种能量耦合的复杂传动系统,机械系统的负载决定着液压系统的压力,液压系统中油液弹性模量、容腔等非线性因素也对起升机构的动态特性有着重要影响,故传统的分析方法很难完成对整个起升系统的分析和设计。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术存在的不足,提供一种桥式起重机起升系统的机械-液压耦合建模方法,将桥式起重机起升系统的机械、液压、控制与传感子系统集中到一个统一的平台进行建模,综合考虑起升系统的机械液压耦合特性对整个系统动态特性的影响,优化起升系统的二次下滑问题。

为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种桥式起重机起升系统的机械-液压耦合建模方法,其特征在于操作步骤如下:

a.机械-液压耦合数学模型的建立:

桥式起重机的机械-液压耦合数学模型用于描述液压控制阀的阀芯位移与机械系统执行机构的运动传递过程。起升换向阀的流量方程为:

式(1)中:QL为换向阀的流量,m3/s;Cd为换向阀的流量系数,无因次;为换向阀的阀口面积梯度,m;xv为换向阀的阀芯位移,m;PL为负载压力,Pa;ρ为油液密度,Kg/m3

起升液压马达流量连续性方程为:

式(2)中:Dm为液压马达的理论角排量,m3/rad;θ为液压马达的转角,rad;Ctm为液压马达的总泄露系数,(m3/s)/Pa,其中Cem为液压马达的外部泄漏系数,Cim为液压马达的旁路和内部泄漏系数;Vm为马达容腔与管道的总容积,m3;βe为油液弹性模量,Pa。

液压马达与负载的力矩平衡方程为:

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