基于AMESim軟件的雙輪銑槽機糾偏機構(gòu)液壓系統(tǒng)分析

趙偉民 ZHAO Wei-min；支躍 ZHI Yue

（東北石油大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院，大慶 163318）

（School of Mechanical Science and Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China）

0 引言

隨著社會的進步，對現(xiàn)代建筑的使用壽命提出了更高的要求，這就對連續(xù)墻的承載能力有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。連續(xù)墻的垂直度直接影響到連續(xù)墻的承載能力，進而影響到工程建筑的質(zhì)量，因此對連續(xù)墻施工機械的成槽精度提出了更高的要求。雙輪銑槽機作為連續(xù)墻施工的主要設(shè)備，其成槽垂直度必須得到保障。這要求成槽裝置在施工作業(yè)的過程中對垂直精度的保證。在地層多變地區(qū)銑削時，往往會使前后、左右的銑刀產(chǎn)生受力不同的情況，造成連續(xù)墻銑削裝置傾斜，從而引起槽孔的偏斜，因此現(xiàn)在工程施工成槽裝置必須具有對成槽參數(shù)的實時檢測及自動控制調(diào)節(jié)功能，所以連續(xù)墻銑削裝置必須具備先進的糾偏控制系統(tǒng)，以提高工程質(zhì)量。

本文設(shè)計了雙輪銑槽機糾偏的液壓系統(tǒng)，并利用AMEsim液壓仿真軟件，對糾偏液壓系統(tǒng)進行了仿真分析，了解各液壓系統(tǒng)的性能，對于深入研究雙輪銑槽機有很重要的現(xiàn)實意義。

1 糾偏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

雙輪銑糾偏控制系統(tǒng)包括傳感器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)三大部分組成。傳感器的主要任務(wù)是獲取機構(gòu)實際位置信息，然后發(fā)給控制器，本文為角度傳感器獲取銑削裝置的偏斜角度；控制器接收傳感器端發(fā)過來的信息，判斷機構(gòu)實際位置與設(shè)定位置的偏差，然后發(fā)送糾偏信號給執(zhí)行機構(gòu)，即糾偏油缸的控制閥；糾偏機構(gòu)接收到糾偏信號后完成整個糾偏過程，糾偏過程是由上述三個過程構(gòu)成的閉環(huán)控制過程。

連續(xù)墻銑削裝置糾偏控制系統(tǒng)分為X-X軸糾偏、YY軸糾偏、Z-Z軸擺轉(zhuǎn)糾偏三個方面。連續(xù)墻銑削糾偏機構(gòu)參考圖如圖1、圖2所示。

圖1 雙輪銑糾偏機構(gòu)簡圖

2 液壓系統(tǒng)設(shè)計

由于連續(xù)墻銑削裝置下部銑削鼓輪在銑削巖石過程中產(chǎn)生沖擊和振動對下側(cè)六個糾偏機構(gòu)影響較大，故下側(cè)糾偏機構(gòu)只進行快速糾偏，上側(cè)六個糾偏機構(gòu)可進行快速糾偏和精度糾偏。如此，操作者借助液壓系統(tǒng)操縱可調(diào)板的伸縮來對雙輪銑槽機工作裝置進行隨機糾偏。沿墻板軸線方向的垂直度調(diào)整可以通過調(diào)整切割輪的速度來實現(xiàn)。

現(xiàn)有的主要糾偏裝置是液壓缸驅(qū)動平行四邊形機構(gòu)，帶動糾偏板實現(xiàn)糾偏，油缸均采用兩個油缸對接而成，每個油缸都由單獨的電磁換向開關(guān)閥控制。銑槽裝置上側(cè)油缸具有快速糾偏和精確糾偏的功能，下側(cè)油缸只具有快速糾偏功能。系統(tǒng)可實現(xiàn)糾偏油缸的獨立伸縮，采用雙向平衡閥可保證糾偏油缸平穩(wěn)的伸長和縮短，實現(xiàn)糾偏機構(gòu)精確定位與自鎖，減小液壓系統(tǒng)在整個糾偏控制系統(tǒng)中的慣性，增加糾偏控制的快速性。

3 糾偏系統(tǒng)仿真

3.1 仿真模型建立 銑槽裝置的糾偏油缸由粗調(diào)油缸和微調(diào)油缸串聯(lián)對接組成，由單獨的電磁換向開關(guān)閥供油，通過控制器輸出占空比可調(diào)的信號控制閥口的開度，實現(xiàn)糾偏精度與速度控制。為方便仿真將其等效為兩個油缸，行程是粗調(diào)油缸行程43mm和微調(diào)油缸行程89mm。

糾偏系統(tǒng)模型如圖2所示，系統(tǒng)由PU001供油，HJ000-1、HJ000-2分別表示粗調(diào)油缸和微調(diào)油缸的模型。FX00-5的作用是當(dāng)粗調(diào)油缸的位移達到最大值時，控制微調(diào)油缸開始工作。下面以X-X糾偏為例進行仿真分析：

①粗調(diào)油缸工作時，L2=0；L1的變化范圍為0-0.043m。

函數(shù)FX00-1表達式：

F1=(205036*(0.551+x)*(3.42*(0.551+x)-1))/(0.1+26.55*(0.551+x))-120144

②微調(diào)油缸工作時，L1=43，L2的變化范圍為0-0.089m。

函數(shù)FX00-4表達式：

F1=(205036*(0.594+x)*(3.42*(0.594+x)-1))/(0.1+26.55*(0.594+x))-120144

圖2 X-X糾偏仿真模型

3.2 仿真分析

圖3 粗調(diào)油缸反作用力變化曲線

3.2.1 系統(tǒng)設(shè)置仿真時間為10s，粗調(diào)油缸推力如圖5所示，油缸位移如圖4所示，在4s時，油缸位移和推力都達到最大值，油缸停止工作。隨著油缸位移的增大，油缸推油也在不斷減小的，且變化一致?？梢姡诩m偏系統(tǒng)進行糾偏工作時，油缸推力隨著油缸伸長量的變化而呈線性變化的。

圖4 粗調(diào)油缸位移曲線

圖5 粗調(diào)油缸伸出速度變化曲線

粗調(diào)油缸在糾偏工作剛開始時，速度受負載沖擊較大，隨著一段時間的波動達到平穩(wěn)，在粗調(diào)油缸糾偏工作結(jié)束后，油缸伸出速度降至0。

圖6 粗調(diào)油缸有桿腔壓力變化曲線

在系統(tǒng)開始工作瞬間，由于受外載的影響，油缸有桿腔的壓力瞬間達到極值，經(jīng)過一段時間的波動的，達到穩(wěn)定。在1.8s，油缸達最大伸長量時，油缸停止運動，腔內(nèi)系統(tǒng)壓力下降到250bar。

3.2.2 微調(diào)油缸在粗調(diào)油缸完成粗調(diào)后，開始工作，由曲線可以看出，在T=1.8s時粗調(diào)油缸受力突然增大。油缸位移在1.8s后開始逐漸增加，和時間呈近似線性的關(guān)系，油缸推力由位移的增大而減小。

圖7 微調(diào)油缸反作用力變化曲線

圖8 微調(diào)油缸位移曲線

在微調(diào)油缸開始工作，油缸受到外載的沖擊影響，速度有明顯的波動，在糾偏過程中，速度隨時間呈減小趨勢，糾偏工作結(jié)束，速度降至0。

圖9 微調(diào)油缸伸出速度變化曲線

圖10 微調(diào)油缸有桿腔壓力變化曲線

微調(diào)油缸在進行糾偏工作時，油缸有桿腔受負載的影響，壓力增大，在負載不斷減小過程中，有桿腔的壓力也不斷減小。

以上是對X-X軸糾偏動作左上油缸的相關(guān)參數(shù)的仿真工作，在糾偏過程中，油缸的推力是不斷減小的，油缸推力與油缸的位移呈反比，油缸受力大小和計算結(jié)果基本一致。

4 結(jié)語

本文介紹了連續(xù)墻銑槽裝置糾偏系統(tǒng)的工作原理，并設(shè)計了糾偏系統(tǒng)液壓原理圖，運用AMESim建立仿真模型，對X-X軸糾偏動作進行了相關(guān)參數(shù)的仿真模擬，以糾偏角度的為仿真變量，觀察糾偏系統(tǒng)控制的過程，得出了兩個糾偏油缸的受力曲線、泵口壓力、流量等隨時間變化曲線，為連續(xù)墻銑削裝置糾偏系統(tǒng)的機構(gòu)設(shè)計、液壓系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試等提供了參考和依據(jù)。

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