基于 AMESim 的高空作业平台底盘调平液压系统的仿真分析.pdf

基于 A ME S i m 的高空作业平台底盘 调平液压系统的仿真分析 杜二超 刘晓婷 邹杰 周文昌 1长安 大学道路施工技 术与装备教育部重点 卖验 室 西安7 1 0 0 6 4 2徐工随车起 重有限公司 徐州2 2 1 0 0 4 摘要以蜘蛛式高空作业平台为研究对象，在 A ME S i m环境下对其底盘液压系统进行建模、仿真，利用 支腿液压系统的流量、位移等曲线分析了底盘调平的动态过程。仿真结果证明所建模型及复杂工况下该调平方 法的合理性 ，为类似机械液控支腿调平的分析与设计提供了参考。 关键词高空作业平台；液压系统；A ME S i m；仿真 中图分类号 T H 2 1 1 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 3 0 9 0 0 6 3 0 5 Ab s t r a c t Wi t h t h e s p i d e r - t y p e a e r i al w o r k p l a t f o r m a s a s t u d y o b j e c t ，m o d e l i n g a n d s i m u l a t i o n a r e p e r f o rme d f o r t h e Ch a s s i s h y d r a u l i c s y s t e m u n d e r AME S i m s t a t e ． T h e d y n a mi c p r o c e s s o f c h a s s i s l e v e l i n g i s a n aly z e d b a s e d o n fl o w a n d d i s - p l a c e me n t c u r v e s ， e t c ． o f o u t ri g g e r h y d r a u l i c s y s t e m． T h e s i mu l a t i o n r e s u l t i n d i c a t e s r e a s o n a b i l i t y o f t h e mo d e l a n d t h e l e v e l i n g me t h o d u n d e r c o mp l e x w o r k i n g c o n d i t i o n s ， w h i c h p r o v i d e s r e f e r e n c e for a n a l y s i s a n d d e s i g n o f h y d r a u l i c o u t ri g g e r l e v e l i ng o f s i mi l a r ma c hi ne rie s ． Ke y wo r d s a e ri al w o r k p l a t f o rm ； h y d r a u l i c s y s t e m ； AMES i m ； s i mn l a t i o n 0 前言 近年来 ，随着我 国经 济的快速发展 ，具有 高 大内部空间结构的体育馆 、酒店等建筑大量增加 。 对这些建筑进 行安装 、维护 、装 饰、清洁等作业 时必须要 有高空作业设备。蜘蛛式高空作业平 台 具有 4条独 立的蜘蛛式液控支腿 ，能获得较 大的 支撑 面积 。支 腿收起 后 尺寸小 ，具 有可靠 性 高、 作业效率高和工作范 围广、适应性 强等优点 。高 空作业平 台作业时 ，底盘上 的 4条支腿下放使 整 个车体离地 。但 由于作业场地不 平 ，可 能导致底 盘处于倾斜状态，降低了高空作业平台的抗倾覆 稳定性 ，因此需要对底 盘进行调平 ，以保证作 业 安全 。借助 A ME S i m 软件对控制底盘 调平 的支腿 液压系统 做仿真分析 ，可在复杂工况下模 拟平 台 的底盘调 平过程 ，获得 支腿液压系统 的动 态特性 曲线 ，为今后液控支腿的设计提供参考 。 1 高空作业平台主要结构及支腿液压系统 1 ． 1 高空作业平台主要结构 蜘蛛式高空作业 平 台的结构 如 图 1所 示 ，上 起重运输机械 2 0 1 3 9 车部分工作装 置包括伸缩臂装置 、折臂装置 、篮 体装置、回转装 置 ；下 车部分包括支腿 装置 、行 走装置。 1 ．支腿2 ．转台3 ．主臂变幅液压缸4 ．基本臂 5 ．二 臂6 ．三节臂7四节臂8 ． 折臂变幅液压 缸9 ． 折臂1 O ．工作篮1 1 ．调平马达 1 2 ．履带1 3 ．车架 图 1 高空作业平台结构简图 1 ． 2 支腿液压系统 高空作业平台作业前，必须先将其 4条支腿 伸 出，使整个 车体起升离地 ，然后 根据工作地点 的实际情况 ，单独操纵一 条或 同时操纵多条支腿 一 6 3 动作使下车底盘处于水平状态 ，以提高作业过 程 中的抗倾覆能力。支腿使 整个 车身离地 ，既能延 长底盘的使用寿命 也能扩大高空作业平 台的作业 范围。 支腿系统的液压原理见 图2，电磁阀 Y1 6是支 腿回路和行走 回路之间的互锁 阀，当 Y 1 6的电磁 铁得电时，液压泵的油经电磁 比例阀 Y1 5 、电磁 阀 Y1 6进入支腿 回路 ，每条支腿上 都设有一个 电磁 阀，4个电磁阀可以同时动作也可以单独动作 ，通 过控制支腿液压缸的伸缩控制支腿的升降 ，保证 工作时车身离地且底盘在复杂 的地形上保持水平 。 比例阀 Y1 5可以控制支腿 升起 和降低 的速度 ，操 控面板上有相应的操作手柄。 条支腿放下并接触地面 ，再根据实 际需要选 择相 应 的方法对底盘进行调平。图 3中A、B、C、D分 别代表 4条支腿位置。 支腿1 支腿2 图 3 支腿示 意图 调平过程分为 2个阶段 第 1阶段 为支 腿落地及检测 阶段 。开始工作 支腿1 支腿2 支腿3 支腿4 图 2 支腿液压 系统原理 图 2 高 空作业平 台底盘调平 系统 2 ． 1 调平系统的组成 调平系统 由检测装置 、控制装置和调平执行 机构组成。检测装置为安装于底盘上 的双轴倾 角 传感器 、支腿 上的微动开 关和压力传感器 ，其 中 双轴传感器用来检测底盘 的倾斜度 ，其检测值 作 为系统调平控制 的依据 ，检测精度直接影 响着底 盘调平精度。控制装置 为 P L C控制和 电磁 比例 阀 操控手柄 、电磁换 向阀通电按钮。调平 执行机构 主要 由 4组带有 自锁功能的阀控单杆 活塞液压缸 和电磁阀组成。 2 ． 2调平原理及过程 当高空作业平 台到达指定 工作地 点后 ，将 4 ．．． 6 4 ．． ． 后根据支腿上 的微 动开关 和 压力传感器输 出值来判断支 腿是否触地 ，触 地的支腿停 止动作 ，单独 动作其他未触 地支腿。 第 2阶段是底 盘调平 阶 段。当工 作 地 面 比较 复 杂 ， 支腿所处的工作地 面高度不 同 至少 3条支腿处于不同 高度 ，这 时底 盘 调平 需要 用 4点调平法 。4点调平法 分为 3种 1 单向调节 ，即 先 或 l ， 方向调平 ，再 l ， 或 方向调平 ，最终使底 盘调平。此方 法的特点是协 调性好 ，但需要较长 的调节 时间。2 多点调节 ， 也称 “ 追逐式”调节 ，即保持最高点不动 ，其余 3 点同时向上运动，最终使底盘处于水平状态。此 种方法具有调节速度快 、算法复杂 的特点 ． 2 J 。3 3点调 节 ，即将 4个点按顺 时针或逆 时针分 成 4 组 ，每组 3个点 ，按 顺序一组一组 地调平。用 此 方法调节可 以避免 出现超静定问题 。 平台支腿上一般装有微动开关和压力传感器 ， 解决了 4点调平时易 出现 的超静定 问题 。常采用 易于实现的单向调节法进行调平 。 3 底盘调平液压 系统的建模仿真及分析 3 ． 1 液压 系统的建模 根据前 述 支腿 液 压 系统 原理 ，支腿 伸 缩 采 起重运输机械 2 0 1 3 9 用带有 自锁功能 的阀控单 向液压缸控制 ，在满 足要求 的情 况 下可 简 化 建模 ，在 AME S i m 的液 压 、机械 、信号 库 中选 择 相应 的元件 模 型 构建 支腿调平 回路 的仿 真模 型 ，并 对 每个 元 件 选取 子模 型 。模 型 中 的 电磁 比例 阀 和 电磁 换 向 阀， 都是通过 输 入 的控 制 信号 改 变液 压 油 流 向 ，不 同的是比例阀的输入信号多是渐进型的，可微 控 阀芯位移 ，从 而 控制 系统 流量 j 。换 向 阀的 控制信号 在每个阶段都是 常数 ，阀 口或开或关 ， 不考虑 中 间 阀芯 的变 化过 程 ，信号 多 为 阶跃 信 号 。根 据支 腿 的 液 压 系统 图在 A ME S i m 中建 立 的仿真模 型如 图 4所示 。 按照以上运动过程分别设 置控制 电磁换 向阀 的信号源 ，4个信号源 的信号 曲线均为阶跃信号 。 设置的信号源 1的曲线如图 5 a所示 ，可 以看出支 腿 1 上的电磁换向阀在前 1 0 s 一直处于开启状态 ， 支腿液压缸不 断外伸 ，使底盘先处于调平状 态后 达到工作状态；信号源 2的曲线如图5 b所示 ，可 知支腿 2 前 2 s 不动，目的是等待支腿 1 在 轴方 向上与其相平 ；信号源 3的曲线如 图 5 c所示 ，可 知支腿 3在前 2 s 中运动 ，使底盘在支腿 3 、4侧 方向上调平 ；信号源 4的曲线如 图 5 d所示 ，可 以 看出支腿 4在前 6 s 没有运动 ，目的是等待其他 3 支腿运动使底盘处 于水平 状态。根据这 4个信 号 图4 支腿液压系统的仿真模型 曲线可知支腿前 6 s 运动 使底盘调平 ，先 轴 方 向后 y轴方 向，6～1 0 s 运动，使底 盘达 到工 作 高度 ，1 0～1 5 s是平 台 的工作 时间 ，支 腿液 压 缸不动作 ，1 5 2 0 s 4支 一腿收回。 腿 3 ． 2 支腿液压 系统 的仿 真结果分析 以支腿 3为例 ，取 其回路 中的流量 曲线 并 根据所确 定 的调平方 法 ，按 照实际数据对 系 作分析 支腿 3回路中电磁换向阀的 P口、B口与 统模型的各元件进行 参数设置 ， 分析支腿调节 回路 的动态过程。 底盘调 平 时各支 腿 的运 动 过程如下 1 假设支腿 1液压缸 向外 伸出运行 6 s 后停止 ，支腿 2液 压缸 向外伸 出运行 4 s 后 停止 ， 支腿 3液压缸 向外伸出运行 2 s 后停止 ，支腿 4保持不动 ，此时 底盘处于水平状态。 2 底 盘处 于水 平 状态 后 ， 4支 腿 同 时 向外 伸 出运 行 4 s ， 达到最终工作要求的高度。 3 达到工作高度后 ，电磁 换向阀位于 中位 ，4支腿处于浮 动状态 。作业完成后 4支腿同步 收 回。 起重运输机械 2 0 1 3 9 4 0 3 O 2 0 - 2 0 - 3 0 - 4 0 O 5 1 O 1 5 2 O 2 5 3 0 时间／ s c 4 0 3 O 2 0 1 0 0 坦 一1 0 - 2 0 - 3 0 - 4 0 { 坦 望 a 信号源 1 b 信号源2 c 信号源 3 d 信号源 4 图 5 支腿回路电磁阀控制信号曲线 一 6 5 一 O O O O O O O O O 4 3 2 A口、T口的流量变化曲线如图 6 、图 7所示 。 盘 蚕 一 皿 唧 O 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 O 时间／ s 图 6 P口与 B口的流量 变化 曲线 图 7 A口与 T口的流量变化 曲线 由图 6和 图 7可 知 ，在 0～2 S内 电磁 阀上 位导通 ，P、B供油 ，A、T回油 ，由于 P、B供 油给 液 压缸 的无 杆 腔 ，故 P、B 口的流 量 高 于 A、T口的 流量 ；2～6 S回路 的 电磁 阀处 于 中 位 ，不 向执行件供 油 ；6～1 0 S 4个支腿 的油路 同时导通 ，故此 时支腿 3回路 的流量要低于前 2 s 运动 时的流量 。1 52 5 s 支腿 收 回回路 中电磁 阀下位 导 通 ，P、A供 油 ，B、T回油 ，在 1 7 S 时由于伸 出最 短 的支 腿 4已经 收 回 ，故此 时 回 路 的流量 瞬时增加 。 图 8中0～2 S和 6～1 0 S 液压缸 的无杆腔供 油 ，此时支腿伸出，1 5～ 2 0 s 液压缸的有杆腔为进 油腔 ，此时支腿收 回。无论是伸 出还是 缩 回，无 杆腔的流量 要大于有杆腔的流量 ，原 因是 2液压 腔 中液压油的作用面积不一样。 由于各支腿所处 的地 势不 同，为 了调平底盘 并使其达到工作高度 ，各支腿液压缸伸 出量不同， 图9为 4支腿液压缸活塞杆的运动曲线 ，可知液压 缸 1和 3在开始时共同运动了 2 S ，使底盘在 轴 一 6 6 一 l 寡 j 删 图 8 支腿 3液压缸的流量曲线 方 向上达到平衡 ，之后液压缸 1和 2共同运动了 4 S ，使底盘达到平衡状态 ，6～1 0 S 4支腿液压缸共 同运动达到底盘的工作高度。图中活塞杆 的伸 出 长度的差异反映 了各支腿所处地势的差异。平 台 工作结束后收 回支腿 ，支腿液压缸 以一个变加速 度平稳收 回。另外 ，当支腿和工作装置完全收 回 后 ，平台才可以进入行走模式 。 图 9 4支腿液压缸活塞杆运 动曲线 4 结论 1 对底盘调平 的原理进行了分析，确定 了合 理的调平方法 。 2 对 控 制 底 盘 调 平 的 支 腿 液 压 回 路 在 A ME S i m中建立仿真模 型并进行 了仿真分析 ，直 观地反 映了支腿 调平 过 程 中液压 回路 的动 态特 性 ，为类似机械 液控 支 腿调 平 分析 与设 计 提供 了参考 。 3 所进行的系统仿真也可为该 系统 的故障诊 断提供参考依据。 起 重运输机械 2 0 1 3 9 4 3 2 O In 厂 一 n ．．．．．． 一 几．．．． ～ ～ 一 一 4 3 2 o 1 一 一 l _ u I Ⅲ1 ＼ 稠 基于超低净空限 高的 岸边集装箱起重机的选型及应用 林致来 厦门国贸码 头有限公 司 厦 门 3 6 1 0 0 6 摘要码头邻近机场，净空超低限制。根据码头设计能力及定位，确定了岸边集装箱起重机关键参数， 结合超低净空限高和关键参数要求，对起重机的几种结构选型进行了对比分析 ，并确定了最终结构形式。针对 超低净空的特点，对起重机采用的特殊技术和性能检验结果进行了 介绍，对存在的问题提出了对策 ，对 同类起 重机选型及应用具有指导作用。 关键词岸边集装箱起重机；超低净空限高；选型；应用 中图分类号 U 6 5 3 ． 9 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 3 0 9 0 0 6 7 0 5 Ab s t r a c t T h e w h a rf i s c l o s e t o t h e a i r p o r t ，p r o v i d e d wi t h u l t r a l O W h e a d r o o m l i mi t a t i o n ． Ac c o r d i n g t o t h e wh a rf d e s i g n c a p a c i t y a n d p o s i t i o n i n g， c rit i c a l p a r a me t e r s f o r t h e q u a y s i d e c o n t a i n e r c r a n e a r e d e t e rm i n e d，w i t h c o mp a r i s o n a n d a n a l y s i s f o r s e l e c t i o n o f s e v e r al s t r u c t u r e s o f c r a n e s c o n s i d e ri n g r e q u i r e me n t s o n u h r a l o w h e a d r o o m l i mi t a n d k e y p a r a me t e r s ， i n 0 r _ d e r t o e s t a b l i s h t h e f i n a l s t ru c t u r al t y p e ． Ai mi n g a t c h a r a c t e ri s t i c s o f u l t r a l o w h e a d r o o m l i mi t ． s p e c i a l t e c h n o l o g i e s a n d p e r ． f o r ma n c e d e t e c t i ng r e s u l t s for t he c r a n e s a r e i n t r o du c e d，wi t h c o u n t e r nl e a s ur e s t a ke n for e xi s t i ng pr o e ms ， whi c h p r o v i d e s e x c e l l e n t g u i d a n c e f o r s e l e c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f s i mi l a r c r a n e s ． Ke ywo r ds q u a y s i d e c o nt a i n e r c r a n e； u hr a l o w h e a dr oo m l i mi t ； s e l e c t i o n； a p p l i c a t i o n 0 引言 厦 门港东渡港区 2 0号泊位为 5万吨级集装箱 泊位 ，位于 厦 门机 场 附近 ，由于净空 管制原 因， 码头前沿轨道面上净空高度需 限制在 5 4 ． 1 1 m 以 下 ，这种超低 净空限高 的要求在 国内同等级码 头 中前所未见 ，如按常规设计 ，配备 的岸边集装 箱 起重机 以下简称 岸桥 净 空高度应 在 6 5 m 以 上。为充分发挥码头 的靠泊 能力 ，满 足码头经 营 发展的需要 ，同时又满足 5 4 ． 1 1 m超低净空限高的 要求 ，最终采 用非常规 的特殊设计解决 了岸桥 这 一 选型和应用难题 。 1 岸桥选型 1 ． 1常用结构形式 对地处 机场 附 近 的码 头 ，因净 空 限制原 因 ， 对岸桥进 行结构 选型 时 ，主梁通 常采用 伸缩 式、 鹅颈式或俯仰式 3种形式。 参考文献 [ 1 ]Mi n Y o u n g K i m， C h u n gO h L e e ． A n e x p e ri m e n t al s t u d y o n t h e o p t i mi z a t i o n o f c o n t r o l l e r g a i n s for a n e l e c t r oh y - d r a u l i c s e r v o s y s t e m u s i n g e v o l u t i o n s t r a t e g i e s [ J ] ． C o n t rol E n g i n e e ri n g P r a c t i c e ，2 0 0 6 1 4 1 3 71 4 7 ． [ 2 ]C h a n d r a s h e k a r K a rt h i k e y an，B a r a s J o h n S ． P r o v i d i n g f u l l c o n n e c t i v i t y i n l a r g e a d h o c n e t wo r k s b y d y n a mi c p l a c e - me n t of a e ri a l p l a t f o r ms 『 C] ． 2 0 0 4 I E EE Mi l i t a r y C o m． m u n i c a t i o n s C o n f e r e n c e ， 2 0 0 4 3 1 4 2 91 4 3 6 ． [ 3 ]倪江生，翟羽键 ．雷达天线座车调平问题的研究 [ J ] ． 测控技术，1 9 9 4， 1 3 4 3 6 3 9 ． 起重运输机械 2 0 1 3 9 [ 4 ]F l e i s c h f r e s s e r Wo l f g a n g ． H y d r a u l i c s y s t e m s i n m o b i l e a e ri a l w o r k p l a t f o r ms [ J ] ． D i e s e l P r o g r e s s I n t e r n a t i o n a l E d i t i o n ， 2 0 0 3 ， 2 2 4 4 2 4 4 ． 作 者 杜二超 地 址 西安市南二环 中段长安大学工程机械学 院 邮 编 7 1 0 0 6 4 收稿 日期 2 0 1 3 0 30 7 6 7