新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)液壓系統(tǒng)研究

劉江濤，張新彩，孔德剛，袁永偉，弋景剛

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北新清源實(shí)業(yè)有限公司，河北 保定 071100)

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新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)液壓系統(tǒng)研究

劉江濤1，張新彩2，孔德剛1，袁永偉1，弋景剛1

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北新清源實(shí)業(yè)有限公司，河北 保定 071100)

指出了管體模具同軸自振變頻離心機(jī)液壓系統(tǒng)是管體模具兩端獨(dú)立式彈性?shī)A具的頂壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是保證密封性能的關(guān)鍵部分。依據(jù)離心機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，建立了液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用MATLAB對(duì)其進(jìn)行了仿真和分析。

井管；液壓系統(tǒng)；離心機(jī)；仿真

1 引言

目前，地輪式離心機(jī)管體模具依靠地輪支撐帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，模具兩端敞開，離心時(shí)跑漿，影響井管質(zhì)量[1，2]。新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)兩端設(shè)置獨(dú)立式彈性?shī)A具，并由液壓系統(tǒng)頂壓，更換方便，密封效果好，解決了跑漿難題，避免了跑漿形成廢渣，改善了井管生產(chǎn)環(huán)境。

2 總體技術(shù)

新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)由傳動(dòng)裝置(主動(dòng)離心機(jī)機(jī)頭)、液壓頂壓裝置(從動(dòng)離心機(jī)機(jī)頭)、液壓支護(hù)裝置、電機(jī)等組成，如圖1所示。

新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)一次啟動(dòng)按鍵僅需6 min即可完成啟動(dòng)、加速、井管離心成型、制動(dòng)、停車全過程，成型周期短，效率高。在圖1中，液壓系統(tǒng)、雙向液壓鎖、耐震電接點(diǎn)壓力表、兩端彈性?shī)A具密封管體模具兩端，生產(chǎn)過程無跑漿現(xiàn)象，避免了跑料形成廢渣，改善了生產(chǎn)環(huán)境，環(huán)保節(jié)能。

3 液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)采用液壓自動(dòng)控制，要求頂壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以實(shí)時(shí)控制，并且要求移動(dòng)平穩(wěn)、運(yùn)行中可以實(shí)時(shí)調(diào)整、穩(wěn)定可靠等。因此，采用閥控液壓缸式的液壓系統(tǒng)控制頂壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，數(shù)學(xué)模型如圖2所示。

圖1 新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)

圖2 液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

圖2中1代表輸入，2代表輸出，K(s)代表增益，G(s)代表電液閥傳遞函數(shù)，W(s)代表液壓缸-負(fù)載傳遞函數(shù)。該系統(tǒng)采用單輸入單輸出方式，放大器增益為K(s)=Ka(Ka待定)；反饋系數(shù)H(s)=-1；電液閥傳遞函數(shù)為：

(1)

液壓缸-負(fù)載傳遞函數(shù)為：

(2)

液壓系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：

(3)

將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入(3)式，整理得液壓系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：

G(s)=

(4)

圖3 Step

圖4 Bode

4 液壓系統(tǒng)仿真、分析

利用MATLAB工具箱函數(shù)step和bode分別繪制單位階躍響應(yīng)曲線和伯德圖，如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可知，液壓系統(tǒng)即穩(wěn)又快，并且超調(diào)小，穩(wěn)態(tài)精度高；幅值裕度和相位裕度均滿足要求，液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性好。

5 結(jié)語

新型井管管體模具同軸自振變頻離心機(jī)兩端設(shè)置獨(dú)立式彈性?shī)A具，密封效果好，解決了跑漿難題。運(yùn)用MATLAB對(duì)液壓系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真和分析，證明其穩(wěn)定可靠。

[1]陳云敏，韓 超，凌道盛，等. ZJU400 離心機(jī)研制及其振動(dòng)臺(tái)性能評(píng)價(jià)[J]. 巖石工程學(xué)報(bào)，2011，33(12)：1187～1190.

[2]何斌輝,王兆伍,涂橋安. 高速管式離心機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性的研究[J]. 輕工機(jī)械，2010，28(5)：12～14.

Studyon Hydraulic System of Coaxial Natural Vibration and Frequency Conversion Centrifuge of Novel Well Pipe Tube&Mould

Liu Jiangtao1, Zhang Xincai2, Kong Degang1, YuanYongwei1, Yi Jinggang1

(1.Mechanical&ElectronicEngineeringCollege,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071001,China；2.HebeiXinqingyuanIndustrialCo.,Ltd.,Baoding,Hebei071100,China)

This article pointed out that hydraulic system of coaxial natural vibration and frequency conversion centrifuge of novel well pipe tube&mould is the top pressure execution body of two-end independent elastic clamp and is the key part to ensure the sealing performance. Based on the requirement of hydraulic system of coaxial natural vibration and frequency conversion centrifuge, the simulation and analysis were performed by using MATLAB.

well pipe; hydraulic system;centrifuge; simulation

2016-07-19

河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(編號(hào)：ZC2016159)

劉江濤(1978—)，男，碩士，副教授，主要從事機(jī)電一體化技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。

TH13

A

1674-9944(2016)18-0186-02