液压破碎锤动态性能与内部流场仿真
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2.2 功率键合图基本构成元素

(1)功率键 功率键由一条一端带有半箭头的直线段表示,代表能量通口间功率传递或交换的通道。其中半箭头的方向为经该通道所传递功率流的参考方向。

(2)作用元 作用元用来表达对系统动态特性产生某种影响作用的因素,根据作用性质的不同,分为阻性元、容性元和感(惯)性元三种作用元,通常以字母R、C、I来标识。

(3)源 源可视为一种特殊的作用元,也是一种1-通口元件。源的特点是通过功率键在源与系统间传递的功率总是由这样的一对功率变量构成:势或流两者中有一个保持定值或被约束为某种特定的时间函数,而与源所供给或吸收的功率无关。

(4)变换器 变换器是用来描述功率守恒与转换规律的键合图元素,它是一个2-通口元件,其标识符号为TF。

(5)回转器 回转器的标识符号为GY,用来描述系统中另一种方式的功率平衡。

(6)结点 ①0结点又称为共势结点,用来联系系统有关物理效应中能量形式相同且数值相等的势变量;②1结点也称为共流结点,用来联系系统有关物理效应中或构件中能量形式相同且数值相等的流变量。

(7)因果线 因果线是标在功率键一端的小线段,用来表示功率键上两个功率变量之间的因果关系,即何为自变量,何为因变量[1-3]

在对系统建立数学模型进行数字仿真时,这种功率流程的分析是必须进行的,它的优点表现在,一方面功率键合图对功率流描述上的模块化结构与系统本身各部分物理结构及各种动态影响因素之间具有直观而形象的一一对应关系,便于理解其物理意义,因而可以帮助分析人员进行正确分析,避免产生错误;另一方面,它与系统动态数学模型即状态方程之间又存在严格的逻辑上的一致性,可以根据系统的功率键合图有规则地推导出相应的数学模型。

绘制液压破碎锤功率键合图的方法是,通过对液压破碎锤工作过程及其功率流向、分配、转换关系的分析,绘制出功率键合图,选择各管道和容腔的流量、压力以及活塞和套阀的位移、速度为状态变量,再根据功率键合图规则推导液压破碎锤的非线性状态方程,这种方法非常适合于分析液压破碎锤的动态特性,它更精确地描述了液压破碎锤的动态过程,而且允许有多个输入量和输出量,这样就可以详细了解液压破碎锤工作过程中系统参数(如流量、压力、位移和速度)的变化规律。

在液压破碎锤功率键合图中,需要考虑的主要影响因素有以下几方面:

(1)阻性元R 它是消耗能量的,即从系统中吸取能量,并将其能量转化为无用的热量,因此阻性元又称为耗散类元件。在液压破碎锤系统中,沿程阻力损失,局部阻力损失,各阀口压降等均可作为阻性元来处理。

(2)容性元C 它是一种储存类元件,系统中油液在高压作用下,体积缩小,能量以压力能的方式储存起来,卸荷时将储存的能量全部释放。在液压破碎锤系统中,氮气室中的氮气,液压管路、容腔中的油液具有储存能量的作用,这种效应用容性元来表征。

(3)惯性元I (也称感性元)它也是一种储存类元件,在液压破碎锤的工作过程中,活塞和套阀阀芯在加速运动过程中,将系统的压力能转化为自身的动能,在减速过程中将储存的动能还原成液压油的压力能,因此,活塞与套阀的质量及管路中的液感可以作为惯性元处理。

(4)流源Sf 在输入功率中,如果流是已知的,则称为流源。液压破碎锤的液压系统中是恒定的流量油源,则为流源。

(5)力源Se 在输入功率中,如果力是已知的,则称为力源。液压破碎锤的液压系统中出油口背压恒定,则为力源[4-5]