摇摆台升沉运动液压系统设计.pdf

a n d 脚 蝴 嘲 喃 篙 工 程机 巍 酶蔷 毫 旯 | 摇摆台升沉运动液压系统设计 串 张瑜 ， 王红艳 ， 沈延康 ， 田魁岳 ， 鲁士军 1 ． 天津鼎成高新技术产业有限公司； 2 ． 河北省石油化工设计院有限公司天津分公 司 摘要 摇摆试验台 摇摆台 是一种高精度物理仿真设备， 它可以模拟舰船在不同海况下的摇摆 运动 。 介绍摇摆 台的升沉运动液压 系统的设计 ， 对囊式蓄能器和液压缸组成的油气弹簧平衡系统和液压 伺服系统进行分析。指出此系统在减小惯性冲击， 降低系统驱动功率， 降低成本方面的优势。 关键词 - 摇摆台 ； 蓄能器 ； 平衡液压缸； 液压伺服 系统 摇摆台是集机械 、 液压 、 电气 、 计算机 、 仪表技 术于一体的高精度物理仿真系统。它不但能在承载 条件下模拟舰船在海上 的摇摆运动， 并可以实时精 确测量摇摆姿态参数， 可用于船载仪器设备动态精 度标定及性能试验 ， 具有纵摇 、 横摇和升沉三 自由 度摇摆升沉运动 ， 结构形式采用相对简捷 的串联式 机械结构 ， 如图 1 所示 。 2 I ． 内环体2 ． 中环体3 ． 外环体4 ． 升沉伺服液压缸 5 ． 防转装置6 ． 底座7 ． 导向筒8 ． 蓄能器9 ． 平衡 液 缸1 0 ． 横摇伺服液压缸1 1 ． 纵摇伺服液压缸 图 1 摇摆 台整体结构图 升沉运动 由外环体带动 中环体 和内环体做 上 下运动 ， 由布置于外环体 四角处的 4根平衡液压缸 9和布置于外环体两侧 的升沉 伺服液压缸 4来 驱 动。台体中间设 置导向筒 7 ， 四周设置防转装置 5 ， 使台体能稳定地升沉 ， 不发生偏移和旋转。 1 运动参数及受力分析 升沉运动的主要参数 升沉台体总质量 k g 负载质量 升沉幅值 mm 升沉周期 S 1 ． 1 运动分 析 升沉运动计算数学模型为 S A s i n f 2 0 1 0 4． 5 1 0 5 00 2 0 式 中 s 升沉运动位移 ， mm 升沉运动幅值 ， mm； 卜升沉运动周期 ， s ； 时问， s 。 对 s求导可求得升沉运动速度 V A c 0 s 2 对 S二次求导可得升沉运动加速度 n 。 孕 sin 3 将升沉周期幅值等参数带入式 I ， 2 ， 3 可 得 ， 摇摆 台升沉运动在零点位置时 ， 速度取得最大值 0 ． 1 5 7 m ／ s ， 加速度取得最小值为零 ； 在幅值最大 处， 即摇摆台运动到最高点或者最低点时， 加速度取 得最大值 a m O ． 0 4 9 m ／ s ， 而速度值最小为零。 1 ． 2 受力分 析 基金项目 科技 中小企业技术创新基金无偿援助项 目 1 0 C 2 6 2 1 1 2 0 0 1 5 9 作者简介 张瑜 1 9 8 2 ～ ， 男， 河北承德人 _r 程师， 学上， 研究方向 液压系统设计。 ，-- 4 0。__ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 图 3 液压系统原理 图 一 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m _ 2 ． 2 油路分 析 2 ． 2 ． 1 平衡油路 液 油经控制泵组 2 6加压后 ，流经高压过滤 器 2 5 、 截止 阀 2 2 、 减压 阀 2 1 、 节流阀 1 9后 ， 进入平 衡液压缸 1 6和平衡蓄能器 1 5组成的连接油路 。控 制泵压力经电磁溢流 阀 2 4调定 ，平衡油路压力经 减压阀 2 1 调定 ， 减压 阀压力调节范 围较大 ， 可适用 于不同负载的平衡要求。另设节流阀 1 9防止平衡 油路泄漏 ， 节流阀 2 0在系统更换液压油时 ， 使平衡 系统油液返 回油箱 。 设压力传感器 l 7和压力表 1 8 ， 实时监测平衡系统压力的变化。 2 ． 2 ． 2 伺服系统油路 液压油经吸油过滤器 2后进入恒压变量泵 ， 泵 高压油再通过高压过滤器 4 过滤精度 ≤3 ／ z m 过 滤后 ， 经单 向阀 5进入伺服阀 1 0 ， 伺服阀出 口分别 与两路液控单向阀 1 1 相连 ，液压单向阀受 电磁换 向阀 1 2控制开闭。当液控单向阀打开时， 压力油分 别进入伺服液压缸的两腔 ， 伺服阀按照所接受的模 拟电信号动态改变其阀芯的开 口量大小与方 向， 从 而控制经过伺服 阀的油液按照给定 的规律连续输 ，最终实现伺服液压缸推动台体升沉位置 的模拟 量输 出。蓄能器 9可补充系统流量和吸收流量 波 动。当液控单 向阀关闭时， 使伺服液压缸保持 台体 在行程内的任意位置停驻。伺服液压缸两腔设连通 电磁 阀 1 3 ， 实现在人工装定时液压缸两腔的连通和 在不起泵时 台体 回低位。系统压力经电磁溢流阀 6 调定 ， 电磁溢流阀还可实现泵在空载时 的卸荷 。另 设压力传感器 8和压力表 7 ，实时监测伺服系统压 力的变化 。 2 ． 3 系统计算 2 ． 3 ． 1 平衡系统分析计算 2 ． 3 ． 1 ． 1 液压缸计算 选取缸径 D 1 0 0 m r l l ， 杆径 d 7 0 m m， 单伸出杆 作用平衡液压缸 只用无杆腔 4根。 平衡液压缸无杆腔有效面积 A A F 盯D 2 ／ 4 7 8 ． 5 4 c m 6 4根平衡液压缸最大充液体积为 A V 4 A 2 A 3 1 ． 4 2 L 7 式 中 升沉运动幅值 ， 5 0 0 m m； 平衡液压缸的平衡压力 P p t, G ／ ／ 4 A 7 ． 6 4 MP a 8 2 ． 3 ． 1 ． 2 蓄能器计算 一 42一 由于平衡液压缸与蓄能器连接 ， 故平衡压力即 为蓄能器的工作压力 。取 台体处在最高点时 ， 平衡 压力最低为 p 6 ． 1 MP a ， 取台体处在最低点时 ， 平衡 压力最高为 p 7 ． 6 MP a 。 由于蓄能器充放液时间小于 1 mi n ， 按绝热过程 指数 x 1 ． 4 计算。取充气压力 p o 5 MP a ， 则蓄能器 公称容积 。 V o 而 4 9 ．2 L 9 j 阿 ‘ 式 中 厂一 充气容积即蓄能器总容积 ， L ； p 一 充气压力 ， M P a ； P 最低工作压力 ， MP a ； p 厂最高工作压力， M P a 。 故选用 4台公称容积为 6 3 L的蓄能器较为合理 2 49 ． 2 LF ～ 1 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 关键 词 静压传动 ； 叉车 ； 调速 静 压传动 的优点之一就是可 以在系统运行过 程 中在很大范围内实现无级调速 ， 而作 为静压传动 叉车而言 ， 由于其特殊 的工作环境 ， 为了提高工作 效率 ， 要求它在空载和满载间有 明显的行走速度变 化 ， 只依靠 提高发动机转速来改变车速 ， 无论从环 保角度还是从经济角度来看都是不可取的。因此考 虑通过改 变执行 机构液压马达容积 的方法实 现改变车速。因为叉车低速满载时往往需要的是大 转矩 ， 高速空载时往往需要转矩较小 ， 而通过改变 液压 马达容积来实现速度变化恰恰适合此种叉 车 工况 ， 而液压马达容积的改变是可 以通过调速控制 来实现。以下列举两个静压传动叉车调速的案例 ， 以供同行参考。 1 调速方案一 以箱内作业车为例 ， 行走 系统如图 1 所示。 叉车在满载运行时，从变量泵出来的油液被 4 个液压马达均分 ，满载行驶时 4个液压马达都提供 动力驱动 ， 此时输 出的转矩较大 ， 但最高车速只有 9 k m ／ h ， 当需要高速运行时只需将电磁阀动作 ， 将后轮 液压马达供油切断，这样就只有前轮液压马达提供 动力驱动 ， 后轮液压马达作为“ 自由轮” 从动， 这样在 变量泵供油量一定的情况下 ， 叉车速度将提高一倍 ， 最高车速可达到 1 8 k m ／ h ， 由于后轮液压马达高压油 路被切断后 ，后轮液压马达两油 口通过 电磁阀 P口 与油箱连通 ， 这样就消除了后轮液压 马达液压系统 - - - 43--- 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m