AMESim在攤鋪機找平液壓系統(tǒng)的應(yīng)用

張步坤，胡代群

ZHANG Bu-kun, HU Dai-qun

（三一路面機械有限公司，湖南 長沙 410100）

阻尼孔調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)廣泛應(yīng)用于工程機械液壓系統(tǒng)中，它的動、靜態(tài)特性受元件參數(shù)的設(shè)定等多種因素的影響，當(dāng)參數(shù)調(diào)整不當(dāng)時，往往無法達到需要的響應(yīng)要求，甚至?xí)绊懙秸麄€液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此在液壓系統(tǒng)回路設(shè)計和分析中，有必要用計算機仿真進行分析和判斷，傳統(tǒng)的仿真分析方法，如鍵合圖分析法需要設(shè)定者利用液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建一個動態(tài)系統(tǒng)，求解繁瑣的系統(tǒng)方程，然后在這個系統(tǒng)上進行仿真。這些方法要求設(shè)計者具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗和技巧，模型的建立需要花費大量的人力和時間，而且進行參數(shù)調(diào)節(jié)比較困難。

AMESim作為一種圖形化建模軟件，能更直觀的反映液壓元件，所含液壓系統(tǒng)的模型庫中集成了大多數(shù)標準液壓元件的仿真子模型，最大程度的避免了仿真者自行設(shè)計數(shù)學(xué)模型，同時對于系統(tǒng)中的特定元件模型，可根據(jù)其物理結(jié)構(gòu)，使用液壓元件設(shè)計庫里面的最小模型單元搭建完成。在參數(shù)調(diào)整方面也比較方便，便于對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行分析。

本文以攤鋪機找平液壓控制系統(tǒng)回路為例，利用AMESim建立仿真模型，對其動態(tài)特性進行計算機仿真分析。

1 找平系統(tǒng)模型

找平系統(tǒng)作為攤鋪機的重要組成部分，對路面施工平整度起決定作用。找平油缸升降速度直接影響機器找平系統(tǒng)性能，速度太慢將會直接導(dǎo)致找平系統(tǒng)響應(yīng)較低，找平延遲；速度太快可能造成找平系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，因而合理選擇找平控制油缸升降速度，是保證找平系統(tǒng)獲得最佳性能的關(guān)鍵因素之一。

圖1為攤鋪機找平系統(tǒng)液壓原理圖。油泵6作為油源提供液壓能，溢流閥7調(diào)定系統(tǒng)的壓力值，起到系統(tǒng)分流和安全作用，電磁換向閥5控制油缸伸縮，液壓鎖4確保油缸處于設(shè)定位置，采用阻尼孔2、3調(diào)節(jié)找平油缸1的響應(yīng)速度。

圖1 找平系統(tǒng)液壓原理圖

系統(tǒng)可通過調(diào)整不同規(guī)格阻尼孔調(diào)節(jié)找平油缸速度，在工作過程，若是阻尼孔兩側(cè)壓降較大時，溢流閥7起到分流液壓油作用，阻尼孔徑取值對整個系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用。

2 建模及參數(shù)設(shè)置

利用AMESIM動態(tài)仿真軟件中的HCD液壓元件設(shè)計庫對找平液壓系統(tǒng)進行回路建模。找平系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)由活塞和彈簧組成，為了使仿真效果更接近實際，活塞運行產(chǎn)生的摩擦力需要考慮。找平運動中，大臂仰角變化，對找平油缸作用力也不一致，結(jié)合實際工況，建模設(shè)置其與油缸位移量成函數(shù)關(guān)系。油缸進出油口安裝阻尼孔裝置起到調(diào)節(jié)油缸運動速度。電磁換向閥采用信號源進行信號輸入，圖2為找平系統(tǒng)仿真模型。

圖2 找平系統(tǒng)仿真圖

采用AMESim對液壓系統(tǒng)仿真時，不僅只是合理選擇元件搭建正確的動態(tài)仿真模型，合理地設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)也是十分重要的，針對以上仿真模型根據(jù)實際的物理尺寸輸入?yún)?shù)，關(guān)鍵參數(shù)如下。

泵輸出流量(L/min) 30

溢流壓力（bar) 120

液壓鎖閥芯直徑（mm) 10

液壓鎖閥桿直徑（mm) 5

彈簧剛度（N/m) 50

彈簧初始壓力（N) 20

油缸活塞質(zhì)量（kg) 3

活塞總行程（mm) 400

油缸活塞直徑（mm) 630

油缸活塞桿直徑（mm) 320

3 動態(tài)仿真曲線分析

圖3為電磁換向閥的信號變化曲線，圖4是阻尼孔直徑分別為?0.4、?0.6、?0.8、?1.0mm時活塞位移動態(tài)曲線，圖5是阻尼孔直徑分別為?0.4、?0.6、?0.8、?1.0mm時活塞運動速度動態(tài)曲線。

圖3 找平系統(tǒng)電磁閥控制信號

圖4 找平油缸活塞位移變化曲線

圖5 找平油缸活塞速度曲線

根據(jù)仿真結(jié)果，整個運行行程中，找平油缸完全伸出與縮回速度變化如表1所示。

表1 油缸速度與阻尼孔徑關(guān)系

從以上曲線可以看出阻尼孔直徑改變會引起油缸運行速度變化，曲線表面阻尼孔越大運動速度越慢，為了確保攤鋪機作業(yè)良好的速度與精度，因此要求時間不能太短也不能太長，所以必須合理設(shè)計阻尼孔直徑尺寸，參照國內(nèi)外先進攤鋪機找平油缸升降速度，攤鋪機找平油缸升降速度在18～24mm/s較為合理。根據(jù)仿真結(jié)果阻尼孔直徑均為0.8mm時縮回速度偏慢，而阻尼孔直徑均為1.0mm時，伸出速度偏快，因此我們選擇阻尼孔直徑介于?0.8～?1.0mm之間以滿足伸縮要求。此時，對阻尼孔參數(shù)再進行優(yōu)化，我們可以選擇阻尼孔a直徑為?0.9mm，此時，對阻尼孔b設(shè)置參數(shù)進行仿真，曲線分別為?0.8、?0.9、?1.0mm結(jié)果如圖6～9所示。

根據(jù)仿真結(jié)果，整個運動行程中，找平油缸完全伸出與縮回速度變化如表2所示。

表2 油缸速度與阻尼孔徑關(guān)系

圖6 找平油缸活塞縮回位移變化曲線

圖7 找平油缸活塞伸出位移變化曲線

圖8 找平油缸活塞縮回速度曲線

圖9 找平油缸活塞伸出速度曲線

根據(jù)仿真結(jié)果阻尼孔a直徑為0.9mm時，阻尼孔b直徑在0.8mm時，縮回速度稍微處于最優(yōu)范圍外，而b孔徑0.9mm、1.0mm均能滿足要求，考慮元件設(shè)計的標準化與通用化，阻尼孔徑0.9mm為最佳選擇。因此選擇0.9mm的阻尼孔作為最終設(shè)計值，既保證了攤鋪機找平作業(yè)的速度與精度，又確保了元件的通用性。

4 結(jié) 論

本文基于AMESim對攤鋪機找平液壓回路進行了動態(tài)仿真研究，利用軟件中的液壓元件庫構(gòu)建了找平油缸活塞組件和帶阻尼孔的模型，通過改變不同阻尼孔徑進行仿真研究，可以很直觀的看到阻尼孔直徑變化對找平動作的影響，得出不同的速度效果。結(jié)合找平作業(yè)實際工況，確定0.9mm的阻尼孔作為最終合理設(shè)計，利用AMESim仿真對液壓回路的性能分析和優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。