船体合理液压带动程序摹拟
  • 技术应用
  • 2012-07-04 10:02
  • 来源:中国液压网
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  •   马达流量方程由文献<1,2>可知,在考虑内外漏后马达的输入流量可以表示为Qm=qmdmdt+CimT(p1-p2)+CemTp1(5)其中:Qm为马达输入流量;qm为马达排量;m为马达转角;Cim为马达内漏系数;Cem为马达外漏系数。

      溢流阀模型由文献<4,5>可知,溢流阀的流量表示为Qv=Cvdvxsin2(p1-p0)oil(6)其中:mvd2xdt2+Bvdxdt+k(x+x0)+mvg=Avp1(7)其中:Qv为溢流阀阀口流量;Cv为流量系数,由文献<2>可知Cv0.770.82;dv为阀芯直径;x为阀芯位移;a为阀芯半锥角;p0为回油压力;oil为油液密度;mv为溢流阀阀芯质量;Bv为阀芯运动黏性阻尼系数;k为弹簧刚度;x0为弹簧预压缩量;g为重力加速度;Av为阀芯下端面积。

      高压腔流量连续性方程对文献<6,7>整理后,有V0Eedp1dt=2Qp-Qm-Qv(8)其中:V0为系统高压腔容积;Ee为液压油体积弹性模量。

      将上述式(1)(8)联立后,液压系统的动态方程为V0Eedp1dt=2qpdpdt-2Cip+2Cep+Cim+CemT0e-(T-T0)p1-qmdmdt+2Cip+CimT0e-(T-T0)p2-Cvdvxsin2(p1-p0)oil(9)马达平衡方程马达轴上的力矩方程可表示为<1,7>qm(p1-p2)=Id2mdt2+Bmdmdt+Gm+ML(10)I=Im+Is+Ip(11)其中:I为系统转动惯量;Bm为黏性阻尼系数;G为系统扭簧刚度;ML为负载力矩;Im为马达转动惯量;Is为连接轴转动惯量;Ip为螺旋桨转动惯量。

      螺旋桨动力学模型由螺旋桨特性有螺旋桨扭矩方程:Mpp=KMn2ppD5pp(12)其中:KM=KM(J)(13)J=vs(1-)(nppDpp)(14)npp=30dmdt(15)其中:Mpp为螺旋桨扭矩;KM为螺旋桨扭矩系数;为海水密度;npp为螺旋桨转速;Dpp为螺旋桨直径;vs为船速;为伴流系数。

      油液体积弹性模量对系统的影响油液体积弹性模量与油液中的含气量、系统压力以及油液温度等因素有关,它是一个综合性能参数。油液中混有空气,使油液的压缩性显著增大,体积弹性模量会明显下降。由文献<5>可知,如油液中含有体积分数为1%的空气时,体积弹性模量降至纯油的12.在本次仿真中,将系统的弹性模量由1.15108Nm2降低为0.9108Nm2,仿真结果如3示。

      由可见,弹性模量减小后,系统压力的响应速度变慢,超调量减小,系统稳定性变差,压力的稳态值不变。由可,船舶的响应速度变缓,其他动态特性基本不变,稳态值不变。

      油液温度对系统的影响油温同样也是一个综合参数<5>,因为油温的弹性模量减小对系统压力的影响弹性模量减小对船速的影响变化不但影响液压油的黏度,同时对油液体积弹性模量亦将产生影响。液压系统在工作一段时间以后,油温不可避免地升高。在本次仿真中将油温由30升至50,、5给出了仿真结果。

      由可见,油液温度升高后,系统压力的响应速度不变,超调量减小,系统稳定性变好,压力稳定值明显减小。这主要是由于油液温度升高以后,液压油黏度降低,引起系统泄漏量增大,导致螺旋桨的转速降低,进而螺旋桨负载扭矩减小,系统压力降低。由可见,温度升高后,船速响应速度变慢,稳态值降低,这是由于螺旋桨转速降低,引起螺旋桨推力下降,导致船速降低。

      油液温度升高对系统压力影响2.3转动惯量对系统的影响在满足系统功能前提下,系统的转动惯量是可以在系统设计之初进行改变的,本次仿真将转动惯量由1050kgm2改为1200kgm2,仿真结果如7示。

      结论根据船舶综合推进原理,提出系统设计简案,并对其进行建模以及仿真分析,结论如下:(1)油液体积弹性模量对系统动态特性影响显著。当弹性模量降低时,压力响应速度变慢,系统稳定性变差,船舶的响应速度亦变慢,系统压力的超调量有所降低,但对系统的稳态值没有影响。

      因此,在系统设计中应尽可能考虑到工作环境温度、工作压力等因素,选择合适的液压油,并采取措施防止油液中混入空气。

      (2)油液温度对系统动静态特性影响都比较明显。当油温升高后,系统压力的动态特性略有变好,稳态值降低,船舶的响应速度变慢,稳态值降低。因此,在系统设计过程中要选择适当的液压油,在系统工作过程中需要采取措施对温度的影响进行补偿或者采取降温措施。

      

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