Материал: 2199
Процесс создания маскированных подсистем подробно описан в [10]. Желающие могут ознакомиться с демонстрационной моделью sh_load_sensing_velocity_control.mdl системы MATLAB R2007а, содержа-
щей приведенный на рис. 106 блок гидрораспределителя.
Окна настройки параметров блоков силового гидроцилиндра DoubleActing Hydraulic Cylinder и гидронасоса Variable-Displacement PressureCompensated Pump приведены на рис. 106. Перемещение поршня гидроцилиндра Piston stroke конструктивно составляет 2,5 м. Начальное перемещение поршня Piston initial position при использовании подсистемы гидропривода в общей модели автокрана должно соответствовать начальному значению обобщенной координаты угла подъема стрелы.
Рис. 106. Окна настройки параметров блоков гидронасоса Variable-Displacement Pressure-Compensated Pump и силового гидроцилиндра Double-Acting Hydraulic Cylinder
Площади поршневой и штоковой полостей Piston area A, Piston area B задаются конструкцией гидроцилиндра. Остальные параметры принимали значения по умолчанию. Номинальное значение угловой скорости вала гидронасоса Nominal angular velocity составляло 188 рад/с. В процессе моделирования значение этого параметра на вход блока Variable-Displacement Pressure-Compensated Pump подавалось постоянным, однако допускается изменение угловой скорости при моделировании.
Окна настройки параметров ряда других гидравлических блоков приведены на рис. 107.
156
В правом верхнем углу окна подсистемы гидропривода расположены блоки, связанные с моделированием механических функций гидроцилиндра: моделированием демпфирующих свойств гидроцилиндра (Translational Damper), измерением перемещений штока гидроцилиндра (Ideal Translational Motion Sensor), силовым воздействием на шток гидроцилиндра со стороны стрелы (Ideal Force Source). Начальное значение измеренного перемещения в блоке Ideal Translational Motion Sensor должно быть равным начальному смещению поршня Piston initial position в блоке гидроцилиндра.
Рис. 107. Окна настройки параметров блоков предохранительного клапана давления Pressure Relief Valve, сопротивления трубопровода Resistive Tube, обратного клапана Check Valve, нерегулируемого дросселя Fixed Orifice
157
Рассмотрим взаимодействие подсистемы гидропривода цилиндра с подсистемой более высокого иерархического уровня – подсистемой стрелы автокрана (рис. 108).
Рис. 108. Окно подсистемы стрелы автокрана с блоком подсистемы гидропривода
Subsystem Gidroprivod streli
Параметр на выходе подсистемы гидропривода – перемещение штока гидроцилиндра Position – должен быть преобразован в угол подъема стрелы q8 (точнее, в его «равновесное» значение, вокруг которого происходят колебания фактического значения угла подъема стрелы с учетом упругости ее конструкции). Это преобразование выполняется по формуле (рис. 109):
|
|
2 |
b |
2 |
c |
2 |
|
||
q8 0 |
|
a |
|
|
|
|
0 , |
||
|
|
|
|
|
|
||||
arccos |
|
2 a b |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
где 0 = , рад = const; а=3,7 м = const; b=1,4 м = const; c= Position + 2,5 м – длина гидроцилиндра.
Обратно в подсистему гидропривода должны передаваться значения: частоты вращения вала насоса chastota vrashenija vala nasosa (в данной модели принимала постоянное значение), идеального закона перемещения штока золотника, открывающего и закрывающего подачу гидрожидкости hod shtoka zolotnika и усилия на штоке гидроцилиндра Force.
158
3 |
αс |
q8 |
a |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
φ |
φ0 |
|
|
|
c |
|
b |
h |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2 |
|
Рис. 109. Расчетная схема для определения угла подъема стрелы и плеча действия силы
Причем последнее будет определяться динамикой всего автокрана в целом, а измеряться в подсистеме стрелы по обобщенной координате ее подъема q8. Поскольку по обобщенной координате q8 действует момент сил, для определения усилия на штоке необходимо кроме измерения момента по q8 вычислить плечо действия силы h (блок Fcn (plecho sili), (см.
рис. 108 и рис. 109):
h sin c a |
|
a b sin( |
0 q8 ) |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
||
a2 b2 2 a b cos( |
|
|
|||||
|
|
0 |
q ) |
||||
|
|
|
|
8 |
|
|
|
Затем вычисляется усилие Force как частное от деления момента сил, действующего по обобщенной координате q8, на плечо h. Минимальное время запаздывания (сотые или тысячные доли секунды, блок Transport Delay на рис. 108) использовалось, чтобы разорвать замкнутый алгебраический цикл в модели.
15.2. Гидропривод подъема-опускания грузовой лебедки автокрана
Общий принцип работы гидропривода подъема-опускания грузовой лебедки аналогичен гидроприводу стрелы. Разница заключается во вращательном характере движения конечного звена – гидромотора (рис. 101,б). Из бака 1 рабочая жидкость (масло) забирается насосом 2 и подается к трехпозиционному гидрораспределителю 3. В нейтральном положении золотника гидрораспределителя при работающем насосе жидкость сливается обратно в бак, а каналы, ведущие к гидромотору, заперты для удержания грузовой лебедки в неподвижном состоянии. Кроме того, в этот момент обязательно должны быть включены тормоза вала гидромотора, чтобы исключить падение груза. При смене позиции золотника открываются проходные сечения в гидрораспределителе 3, и жидкость начинает поступать к гидромотору 4, вращая его на подъем либо на опускание груза.
При установке дросселя 5 в сливной магистрали увеличению (забросу) скорости вращения гидромотора оказывает сопротивление этого дрос-
159
селя. То есть дросселем 5 обеспечивается стабильная скорость опускания груза. Однако при резком торможении гидромотора в линии между гидромотором и дросселем могут возникнуть недопустимо высокие давления. Для предохранения системы и гидромотора от подобного давления в этой линии установлен предохранительный клапан 6.
Наибольшее давление в системе при подъеме-опускании груза ограничивается предохранительным клапаном 7, настройка которого не превышает 17,5 МПа.
Из блоков Simscape и SimHydraulics при моделировании гидропривода подъема-опускания грузовой лебедки автокрана использовались следующие:
Solver Configuration – блок, определяющий настройки параметров решателя для моделирования блочной диаграммы SimHydraulics. Каждый гидравлический механизм должен быть соединен в любом месте с одним подобным блоком.
Mechanical Rotational Reference – блок основания (стойка) для вра-
щающихся механизмов.
Simulink-PS Converter – блок конвертации обычного Simulink-сигнала в физический сигнал библиотеки Simscape.
PS-Simulink Converter – блок обратной конвертации физического сигнала Simscape в Simulink-сигнал.
Hydraulic Reference – блок связи гидросистемы c атмосферным давлением (гидробак).
Hydraulic Fluid – блок задания вида и свойств гидравлической жидкости. Присоединяется в любом месте блочной диаграммы гидропривода.
Ideal Angular Velocity Source – идеальный источник угловой скорости. Используется перед блоком гидронасоса для задания угловой скорости вала гидронасоса.
Variable-Displacement Pressure-Compensated Pump – регулируемый насос с компенсатором давления.
Proportional and Servo-Valve Actuator – блок, позволяющий учесть реальные свойства привода золотника гидрораспределителя. Применение этого блока не является обязательным для успешного функционирования модели.
Pressure Relief Valve – предохранительный клапан давления.
2-Way Directional Valve – двухлинейный направляющий гидрораспределитель.
4-Way Directional Valve – четырехлинейный направляющий гидрораспределитель.
160