基于AMESim的汽车起重机双向液压锁仿真研究.pdf

设 备管理 ＆ 维 修技 术 Eq u ip me n t Ma n a g e me n t ＆ Ma i n t e n a n c e T e c h n o l o g y 基于A ME S i m的汽车起重机双向液压锁仿真研究 Si m ul a t i o n o f Ca r Cr a ne Bi di r e c t i o na l Hydr a ul i c Loc k Ba s e d o n AM ESi m 王春生， 刘长喜 ， 司丽丽 W ANG Chun sheng，LI U Chang- xi ，Sl Li 一 中 国 航 空 工 业 空 气 动 力 研 究 院 ， 黑 龙 江 哈尔 滨1 5 0 0 0 1 Aer o d y n a mi c s Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Av i a t i o n I n d u s t r y Cor p o r a t ion o f Ch i n a ，Ha r bi n 1 5 0 0 01 ， He i l on g j ian g ， Ch i n a 【摘要 】 为 了研 究 汽 车起 重机 支 腿 回路 双 向液 压 锁 液压 特 性 ，根 据 双 向液 压 锁 结 构 及 工 作 原 理 建 立 了液 压 锁 AME s i n 1 仿 真模 型 。通过 调 整 不 同影 响 因素 参 数 ， 得 到 了 -、，4 1] 向 双 向液 压 锁 液压 特 性 的 主要 因素 ， 最 后 得 出结 论 影 响 双 向液 压 锁 的 主 要 因 素 为 阀 芯 阻 尼 和 弹 簧 刚 度 。 【 Ab s t r a c t】 I n o r d e r t o s t u d y t h e h y d r a u l i c c h a r a c t e r i s t ic s a b o u t b i d i r e c t i o n a l h y d r a u l i c l o c k o f c a r c r a n e o u t r lg ger ， an AM ESi m si m ul at i on m odel of h ydr aul i c l ock w as est abli shed a ccor di ng t o t he s t r uct ur e and w or ki ng pnn c i p l e o f t h e b i d i r e c t ion a l h y d r a ul i c l o c k ． Th e ma i n f a c t o r s o f b i di r e c t i on a l h y dr au I ic l o c k wer e g o t b y a d j u s t i n g t h e pa r am et er s of di f f er ent f a ct or s Th e r esul t s i ndicat e t h at m ai n f ac t or s of t he bi di r ec t i onal hydr aul ic l ock ar e t he spool dam pi ng and spr i ng st if f ness． 【 关 键词 】 汽 车起 重机 ； 双 向液压 锁 ； 液压 仿真 ； AME S i m 【 K e y wo r d s】 c a r c r a n e ； b i d i r e c t i o n a l h y d r a u li c l o c k ； h y d r a u l i c s imu l a t i o n ； A M E S i m 中 图 分 类 号 TU61 文 献 标 志 码 B 文 章 编 号 1 0 0 0 0 3 3 X 2 0 1 1 0 2 0 0 7 7 0 2 0 弓I 言 汽 车 起 重机 作 为 起 重 机 械 中 的 常 见 类 型 ． 其 液 压 系 统 的 发 展 已经 成 熟 ， 主 要 由 支 腿 液 压 回 路 、 回 转 液 压 回 路 、 伸 缩 液 压 回 路 、 变 幅 液 压 回 路 、 主 ／ 副 起 升 液 压 回 路 以 及 压 力 操 作 显 示 回 路 等 组 成 1 2 - 。 由于 汽 车 起 重 机 行 走 装 置 为 轮 胎 ， 而 轮 胎 的 内 部 气 体 所 能 承 受 压 力 有 限 ． 使 整 机 支 承 能 力 有 限 ， 很 难 满 足 起 重 重 物 的 要 求 ， 因 此 汽 车 起 重 机 在 进 行 起 重 作 业 时 必 须 放 下 支 腿 ， 让 汽 车 轮 胎 架 空 ． 用 支 腿 来 保证整车 有足够 的支承 力 ， 以满足作 业要 求。为此 ， 要 求支 腿 液 压 缸 收 放 方便 ， 到 位 后 应 可 靠 地 锁 紧 支 腿 缸 液 压 锁 有 两 种 单 向液 压 锁 和 双 向 液 压 锁 目 前 国 内 支 腿 回 路 中所 用 液 压 锁 大 部 分 为 双 向 液 压 锁 一 般 采 用 液 压 传 动 系统 的 汽 车 起 重 机 的 前 、 后 支 腿 油 缸 的 进 、 IN； E t 路 上 均 装 设 有 双 向 液 压 锁 ， 其 作 用 主 要 有 以 下 三 点 1 当 支 腿 放 出 后 ， 防 止 工 作 腔 油 液 渗 漏 ， 以 防 止 在 作 业 时 发 生 “ 软 腿 ” 现 象 2 避 免 在 油 路 中 发 生 软 管 破 裂 等 意 外 情 况 ， 而 使 支 腿 突 然 失 去 作 用 造 成 事 故 3 1防 止 起 重 机 行 驶 或 停 放 时 支 腿 自行 下 落 。 由 于 双 向 液 压 锁 的 重 要 性 ． 对 其 动 态 性 能 的 研 究 已 十分 必 要 ， 如 能建 立较 为 准确 的虚 拟 模 型 ， 将 会大 大节 省 其 设 计 与 分 析 研 究 时 间 。 1 双 向 液 压 锁 结 构 与 工 作 原 理 图 1 为 双 向 液 压 锁 结 构 ， 可 以 看 到 双 向 液 压 锁 主 要 由 两 个 液 控 单 向 阀 组 成 。 在 控 制 阀 活 塞 左 右 两 端 ． 分 别 装 有 两个 单 向 阀 ， 中 间有 一个 控 制 阀体 。 图2 为双 向液 压 锁 工 作 原 理 。 左 阀体 先 导 阀芯 图 1双 向液 压 锁 结 构 设备 管理 维 修 技术 E q u ip me n t Ma n a g e me n t ＆ Ma in t e n a n c e T e c h n o lo g y P P I P 田 2双 I a J 硬 压 锁 T 作 隙 理 双 向 液 压 锁 的 工 作 原 理 为 当 支 腿 不 工 作 ， 也 就 是 不 操 纵 支 腿 换 向 阀 时 ， P 或 I 口 终 止 了 进 油 或 出 油 ， 而 阀 芯 左 右 两 端 的 进 出 油 道 被 滑 阀锁 死 ．保 证 了 支 腿 位 置 固 定 不动 ； 当操 纵 支腿 换 向阀放 下支 腿 时 ， 压 力 油 自P ， 口进 入 左 腔 ， 推 开 后 端 滑 阀 后 进 入 支 腿 油 缸 大 腔 ． 推 动 活 塞 使 支 腿 下 放 ， 与 此 同 时 左 脏 压 力 油 通 过 控 制 活 塞 打 开 双 向 液压 锁右 端 滑 阀 ， 使油 缸 右腔 的油 液 在 活塞 推 动下 ， 经双 向液压 锁 ， 由右 腔经 P 口流 回油 箱 。 2 双 向 液 压 锁 仿 真 采 用 AMES i m软 件 对 国 内 某 机 型 汽 车 起 重 机 支 腿 伸 缩 缸 处 双 向 液 压 锁 进 行 建 模 仿 真 4 _ ． 所 建 立 模 型 如 图 3 所 示 ， 仿 真 基本 参 数如 表 1 所 示 通 过 仿真 能 反 映 出液压 锁 工作 时 的动 态 特性 ，液压 锁动 态 工 况 的重 要性 主 要体 现 在 能否 使支 腿 在 允许 的范 围 内 实现 平稳 动作 ，使压 力 波 动较 小 ， 从 而 增加 液压 系统 的可 靠 性 。 伸 缩 缸伸 缩 长度 仿 真 曲 线 如 图4所 示 表 1基 本 参 数 图 3双 向 液 压锁 仿真 模 型 从 图4 可 以看 出 ，该支 腿 液压 缸 在 接触 地 面 后6 ． 7 1 s 瑚 孥 南 艇 I 璺 I 4夏 腿 厩 J 主 缸 位 移 内可 伸长O ． 2 7 I 1 1 ， 基 本 符合 工程 实际 要 求 ， 故模 型 可 用 。 为 了研 究不 同 因素 对液 压 缸 伸缩 长 度及 所 用 时间 的 影 响情 况 ，改 变 阀芯 阻尼 值 得 到不 同 阻尼 下液 压 缸 伸缩 量 ， 见 表2 。 改变 弹 簧刚 度 ， 得 到 不 周弹 簧刚 度 下液 压 缸 伸 缩 量 ， 如 表 3 及 图 5 所 示 。 改 变 阀 芯 质 量 ． 得 不 同 质 量 下 液 压 缸 伸 缩 量 如 表 4 所 示 丽0 ．60⋯0 0 ．6 23 0 ．67⋯3 0． 55 5 I．“58 8 0 ．70， 1 0 ．7⋯01 0 ．69 7 表 3不 同 弹 簧 刚 度 下 液 压 缸 伸 缩 量 2 0 5 0 1 0 0 1 40 I 8 0 2 00 2 ．5 0 28 0 30 1 0 ． 6 77 0． 56 6 0． 5 72 0． 53 6 0 ． 5 04 0． 48 8 0． 4 52 0． 43 3 0 ．3 32 2 3． 1 7 2 0． 8 5 1 3． 37 1 3 ． 40 1 3． 48 I 3 ． 3 9 1 3． 35 I 3 ．47 1 3． 50 表 4不 同 阀 芯 质 量 下 液 压 缸 伸 缩 量 O 7 5 0 7 O 0 65 鲁0 6 0 0 ． 5 5 廿 再 0 ．5 0 鬟o 4 5 O 4 0 0 3 5 O 3 O 0 5 0 1 O 0 l 5 O 2 0 0 2 5 0 3 0 0 弹簧刚度／ Nmi l l 圈 5弹 簧 刚 度 对 液 压 缸 伸 缩 ■ 的 影 响 3仿 真 结 果 分 析 从 表2 和 图6 可 以看 出 ， 液压 缸 伸缩 量 受 阀芯 阻尼 影 下 转 第 8 1 页 一 一 一 一 一 4 输 出 扭 矩 设 置 Equ i pme nt M a na ge me 设 nt M 管 a i n 理 t e n a nce 维 Te 修 c h n 技 ol o 术 g y RM CM ■ ● ● ■ ● ● I ■ ■ ● 轮 惯 量 较 大 ， 为 了 获 得 最 大 制 动 减 速 度 ， 行 走 液 压 系 统 的 输 出 扭 矩 设 置 不 能 忽 略 钢 轮 转 动 惯 量 的 影 响 。 根 据双 钢 轮压 路机 制 动过 程动 力学模 型 可得 ，双钢 轮压路机达到最大制动减速度时 5 结 语 f 1 一d V 一3 0 V i d 一 一 30 ． ＼d t 』 ⋯ d t 肌 d t 7 “C ／ Z 式 f 1 0 1 成 立 的 充 要 条 件 是 M a re． , -- Fr 1 1 0 日 n 、 F r d i m M 即 h ≥ I r l 其 中 Md m a x 2 M ⋯ p⋯ ⋯为双 钢 轮压 路 机 行 走 液 压 系统 溢 流 阀 设 定 压 力 。 NM _F r d J , , mr I B ，双 钢 轮 压 路 机 能 够 获 得 的 最 大 减 速 度 由 行 走 液 压 系 统 的 最 大 输 出 扭 矩 决 定 。 此 时 对 应 的 液 压 泵 排 量 减 速 度 为 f _ 一 ⋯ ＼d t ／ ⋯ d t 兀n dt 兀九 1， 一 般 轮 式 车 辆 中 ， 由 于 轮 胎 或 履 带 惯 量 相 对 于 整 机 惯 量 可 以 忽 略 不 计 ，行 走 液 压 系 统 的 最 大 输 出 扭 矩 可 以 根 据 地 面 附着 力 和 驱 动 半 径 设 置 双 钢 轮 压 路 机 由于 钢 ⋯ 双 钢 轮 压 路 机 制 动 过 程 模 型 表 明 ， 双 钢 轮 压 路 机 最 大 制 动 减 速 度 与 地 面 附 着 条 件 和 行 走 液 压 系 统 施 加 在 钢 轮 上 的 制 动 扭 矩 相 关 。 行 走 液 压 系 统 输 出 扭 矩 设 计 值 较 大 时 ．双 钢 轮 压 路 机 的 最 大 制 动 减 速 度 主 要 由地 面 附 着 条 件 决 定 。 2 由 于 钢 轮 转 动 惯 量 较 大 ， 为 获 得 最 大 制 动 减 速 度 ． 双 钢 轮 压 路 机 行 走 液 压 系 统 的 输 出 扭 矩 设 计 过 程 中 不 能 忽 略 钢 轮 转 动 惯 量 的 影 响 。 参 考 文 献 [ 1 ]J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路 沥青路面施x - 技术规范[ s ] [ 2 ]剥 、 祖 望 ， 卫 雪 莉 ， 王 鹊 振 荡压 实 的 动 力 学过 程 及 其 响 应 特 性 的研 究[ J ] ． 中国公路 学报 ， 1 9 9 8 ， 1 1 2 1 I 7 1 2 6 [ 3 ]沈建 军， 冯忠 绪， 侯 劲汝 ， 等 双钢轮压路机行走液压 系统参数的 匹配 _J ]长安 大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 9 ， 2 5 5 1 2 2 一l 2 6 收 稿 日期 2 01 0 -0 5 -2 9 [ 责 任 编 辑 王 玉 玲 ] 上 接 第 7 8页 量 { 出 蜒 阀 芯阻 尼／ Nsin 图 6 阀芯 阻尼 对 液 压 缸 伸 缩 量 的 影 响 响 很 大 ， 当 弹 簧 刚 度 值 不 变 时 ， 阀 芯 阻 尼 在 6 5 0 0 ～ 9 0 0 0 Ns m 范 围 内较 合 理 ， 且 整 体 趋 势 为 随 阻 尼 的增 大 ． 液 压 缸 伸 缩 量 增 大 ； 从 表 3 和 图 6 可 以 看 出 ， 液 压 缸 伸 缩 量 受 弹 簧 刚 度 影 响 很 大 ， 当 阀 芯 阻 尼 值 不 变 时 ， 弹 簧 刚 度 在 5 0 ～1 0 0 N mm。 。范 围 内较 合理 ，且整 体趋 势 为随弹 簧刚度 的增 大 ． 液压 缸伸缩 量减 小 ； 从表4 可 以看 出 ， 液 压缸 伸缩量 及 伸缩 时 间在 改 变阀芯质 量后 并未 有大 幅度 改变 ， 即 阀芯质 量对 液压 缸伸缩 量 的影 响很 小 。综合 分析考 虑 多种 因素可知 ． 影响双 向液压锁 的主要 因素 为阀芯 阻尼和 弹簧刚度 4 结 语 本 文 对 汽 车 起 重 机 双 向 液 压 锁 的 结 构 及 原 理 进 行 了 说 明 ， 根 据 双 向 液 压 锁 实 际 结 构 与 原 理 建 立 了 AME s i m仿 真 模 型 ， 并 验 证 了模 型 的 可 用 性 。 通 过 仿 真 得 到 影 响 双 向 液 压 锁 特 性 的 因 素 ， 同 时 通 过 多 组 数 据 仿 真 ， 得 出 不 同 因 素 的 影 响 程 度 ， 为 实 际 制 造 设 计 提 供 了 参 考 依 据 参 考 文献 [ 1 ] 起重机设计手册 编 写纽． 起 重机设 计手册[ M]北京 机械工业 出 版 社 ． 1 98 0 [ 2 ]成都科技 大学 液压传 动及 控制 编 写组． 流体传 动及控制 f M ] 成 都 成 都 科技 大 学 出 版 社 ， 1 9 8 8 [ 3 ]邹建 华 ， 吴榕 液 压锁技 术现状 分析 [ J ]机械 工程 与 自动化 ， 2 0 1 7 5 1 8 4 1 8 5 [ 4 1丘铭 军 ， 赵航 ， 姚培 A ME S i m 4 - 及其应 用E J ]筑路 机械与 施工机械化 ， 2 0 0 5 ， 2 2 8 6 0 6 1 ． [ 5 ]顾海荣 ， 王永奇 ， 陶伟， 等 基 if - A ME S I M的全液压推 土机 行走 驱动 系-fh “ 真[ J ] ． 筑路机械与施工机械 化， 2 0 0 5 ， 2 2 1 4 7 4 9 收 稿 日期 2 01 0 - 03 1 0 [ 责 任 编 辑 王 玉 玲 ] 8 1