某海關(guān)緝私艇尾滑道收放裝置液壓牽引系統(tǒng)仿真

陳萬宏 陳海光 毛?？?/p>

摘? ? 要：對(duì)某海關(guān)緝私艇尾滑道收放裝置液壓牽引系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，利用AMESIM仿真軟件建立仿真模型。通過仿真模型，液壓牽引系統(tǒng)運(yùn)行同步、平穩(wěn)，且能滿足主、副軌和液壓油缸按4：2：1速比運(yùn)行，仿真結(jié)果與艇尾滑道收放裝置實(shí)際運(yùn)行情況一致。

關(guān)鍵詞：尾滑道收放裝置;液壓牽引系統(tǒng);AMESIM

中圖分類號(hào)：U667.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Simulate Hydraulic Traction System of Stern Runway Retractable Device of Customs Anti-smuggling Ship

CHEN Wanhong， CHEN Haiguang， MAO Fukao

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： The dynamic analysis of the hydraulic traction system of the stern runway retractable device of a customs anti-smuggling ship， the hydraulic traction system simulation model is established by using AMESIM simulation software.The simulation results show that the operation of the hydraulic traction system is synchronized and stable， can satisfy the operation of main rail， auxiliary rail and hydraulic cylinder at 4：2：1 speed ration. The simulation results are consistent with the actual operation of the stern runway device.

Key words： Stern runway retractable device; Hydraulic traction system; AMESIM

1? ? ?尾滑道收放裝置液壓牽引系統(tǒng)簡介

某海關(guān)緝私艇是海關(guān)總署為提升海上緝私能力，確保完成新形勢下的海上反走私任務(wù)，啟動(dòng)的新一代海關(guān)緝私艇設(shè)計(jì)建造系列船型中的一型。該型艇在尾部設(shè)有一套尾滑道收放裝置，用于收放11 m左右的工作艇;收放裝置采用液壓油缸+滑輪+鋼索的驅(qū)動(dòng)模式，能夠較好的適應(yīng)船上的惡劣工況;為了節(jié)約有限的尾部空間和解決牽引液壓油缸失穩(wěn)問題，收放裝置設(shè)有主軌和副軌，工作艇及副軌在主軌上移動(dòng)，主軌在母船上移動(dòng)，并利用滑輪組鋼絲繩傳動(dòng)變速原理配置鋼絲繩、動(dòng)滑組和定滑輪組，分別與油缸、主軌和副軌連接，實(shí)現(xiàn)變速運(yùn)動(dòng)。主架移動(dòng)速度是油缸活塞移動(dòng)速度的2倍、副架移動(dòng)速度是主架移動(dòng)速度的2倍，即當(dāng)液壓油缸活塞移動(dòng)1個(gè)行程，則主架將移動(dòng)2個(gè)行程、副架也同時(shí)移動(dòng)4個(gè)行程。最終實(shí)現(xiàn)了液壓缸活塞桿的行程只有1/4工作艇的移動(dòng)行程，從而大減少油缸活塞桿行程，保證油缸的工作可靠性。液壓牽引系統(tǒng)布置簡圖，如圖1所示。

圖1? 液壓牽引系統(tǒng)布置簡圖

液壓牽引系統(tǒng)，主要由1套液壓泵站、1個(gè)主牽引油缸、控制系統(tǒng)及液壓換向閥、單向閥、液壓管路等部件組成。液壓泵站由2臺(tái)電動(dòng)液壓泵（1用1備）、1臺(tái)手搖泵、液壓油箱、液壓閥、管路及其它液壓附件組成，電動(dòng)液壓泵額定流量為65 L/min、設(shè)計(jì)壓力23 MPa。

2? ? 液壓牽引系統(tǒng)仿真

尾滑道收放裝置是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，涉及流體、機(jī)械和電控等多個(gè)領(lǐng)域。液壓牽引系統(tǒng)的同步性，對(duì)整套收放裝置及其負(fù)載的安全平穩(wěn)運(yùn)行有很大影響，在設(shè)計(jì)時(shí)可利用軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，以便更好的優(yōu)化牽引系統(tǒng)。

液壓系統(tǒng)仿真在工程研究及制造過程中，為液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化與控制，以及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的確定提供了一種預(yù)判技術(shù)手段，可大大提高液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，減少研發(fā)成本。

液壓系統(tǒng)仿真是通過建立液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行運(yùn)算，用以對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究的過程。本文利用AMESIM仿真軟件建立尾滑道收放裝置牽引系統(tǒng)仿真模型，并進(jìn)行系統(tǒng)仿真。

2.1? ?仿真模型

尾滑道收放裝置液壓牽引系統(tǒng)，由1套液壓泵站（設(shè)2個(gè)液壓泵，1用1備）、1個(gè)液壓油缸及相應(yīng)的管路閥件等組成，對(duì)稱布置在本船的左、右兩個(gè)舷墻內(nèi)。液壓牽引系統(tǒng)仿真模型，如圖2所示。

圖2模型中各設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，見表1。

2.2? ?仿真過程

在建立仿真模型后，按以下三種工況對(duì)牽引液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真：

（1）系統(tǒng)中的鋼絲繩預(yù)設(shè)預(yù)緊力、鋼絲繩左、右負(fù)荷一致情況下的仿真。

仿真結(jié)果，如圖3～圖6所示：液壓油缸活塞桿、副軌和主軌分別按1：2：4的比例運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程較為平穩(wěn);在給定鋼絲繩預(yù)緊力、強(qiáng)度和負(fù)載條件下，左、右主、副軌運(yùn)動(dòng)同步。

（2）鋼絲繩對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響仿真

為分析鋼絲繩強(qiáng)度和預(yù)緊力對(duì)同步性影響，將此模型進(jìn)行簡化如圖7所示。

① 單位長度、剛度對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響

分別將鋼絲繩的單位長度、剛度更改為1.57e6N/m-1.57e9N/m，仿真時(shí)間設(shè)定為10 s，仿真結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，鋼絲單位長度剛度對(duì)收放平穩(wěn)性有較大影響：單位長度剛度越小，收放過程中運(yùn)動(dòng)越不平穩(wěn)，由此推斷當(dāng)鋼絲繩運(yùn)行一段時(shí)間后單位長度剛度會(huì)降低，可能引起尾滑道無法收放到設(shè)定位置及位移傳感器無法感應(yīng)，導(dǎo)致自動(dòng)收放功能失效。

② 預(yù)緊力對(duì)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響

在鋼絲繩單位長度強(qiáng)度不變的情況下改變其預(yù)緊力，仿真結(jié)果見圖9所示。

由圖9可知，不同鋼絲繩預(yù)緊力對(duì)滑道運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響不大。

（3）負(fù)載不平衡對(duì)收放裝置運(yùn)動(dòng)同步性影響仿真

受加工、安裝精度等因素的影響，液壓牽引系統(tǒng)左、右側(cè)負(fù)載可能存在差異。利用圖2所示的仿真模型，分析負(fù)載不平衡對(duì)收放同步性的影響。仿真結(jié)果，如圖10所示。

圖10中，左側(cè)為伴隨負(fù)載變化時(shí)收放運(yùn)動(dòng)曲線，右側(cè)圖為恒定負(fù)載時(shí)的運(yùn)動(dòng)曲線。由圖10可知，負(fù)載不平衡對(duì)收放同步性有較大影響。引起負(fù)載不平衡的主要原因是制造、安裝精度超差，以及收放裝置與舷側(cè)摩擦阻力不同引起，因此制造安裝精度可有效改進(jìn)收放裝置的同步性。

3? ? ?液壓牽引系統(tǒng)優(yōu)化方案

根據(jù)液壓牽引系統(tǒng)仿真分析結(jié)果，引起系統(tǒng)故障的主要原因有制造、安裝精度超差和選用鋼絲繩強(qiáng)度不足等原因。為此，可采用如下兩種方案進(jìn)行改進(jìn)：

3.1? ?方案一

尾滑道收放裝置采用整體式內(nèi)場安裝，分塊吊裝入船上安裝，如此可減少船體建造精度對(duì)裝置安裝精度的影響，同時(shí)選用高強(qiáng)度鋼絲繩，消除由鋼絲繩磨損導(dǎo)致剛度下降對(duì)收放同步性的影響。

3.2? 方案二

將單個(gè)液壓油缸驅(qū)動(dòng)滑輪組，改為在左、右舷墻內(nèi)各設(shè)1個(gè)液壓油缸驅(qū)動(dòng)主軌運(yùn)動(dòng)，副軌仍采用滑輪組驅(qū)動(dòng)。此方案簡圖，如圖11所示。

由圖11可知，布置在船體舷墻內(nèi)的兩個(gè)液壓油缸為主、副軌道提供牽引動(dòng)力，油缸一端與船體舷墻鉸接，另一端與主軌鉸接;油缸與主軌鉸接端頭上部設(shè)滑輪組，通過鋼絲繩分別與安裝在主軌、副軌上的滑輪連接;牽引油缸伸縮時(shí)，帶動(dòng)主軌與副軌同時(shí)運(yùn)動(dòng)。主軌運(yùn)動(dòng)速度與油缸伸縮速度一致，副軌運(yùn)動(dòng)速度為油缸伸縮速度的2倍、副軌移動(dòng)距離約為12 m，液壓油缸活塞行程約為6 m。

按方案二重新進(jìn)行系統(tǒng)仿真，仿真模型圖與圖2一致，各元器件參數(shù)設(shè)定見表2。

按表2設(shè)定的各部件參數(shù)進(jìn)行牽引液壓系統(tǒng)仿真，仿真結(jié)果如圖12所示。

由圖12可知，在考慮液壓管路布置位置及管路彎頭的情況下，左、右側(cè)油缸位移明顯存在不同步現(xiàn)象，升降過程最大位移偏差約20 mm;當(dāng)左側(cè)油缸升降到位后，右側(cè)油缸存在追趕現(xiàn)象，雖可以保證主、副軌均能收放到指定位置，但收放時(shí)間加長，故方案二與方案一相比不占優(yōu)勢。

4? ? 小結(jié)

本文利用AMESIM仿真軟件建立尾滑道收放裝置液壓牽引系統(tǒng)仿真模型，并按系統(tǒng)實(shí)際情況給定仿真參數(shù)。通過仿真發(fā)現(xiàn)：鋼絲繩強(qiáng)度和制造、安裝精度對(duì)收放同步有較大影響，并據(jù)此提出改進(jìn)方案，將原一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)方式改為分別設(shè)在左、右舷墻內(nèi)兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)滑輪牽引系統(tǒng)進(jìn)行簡化，如此改動(dòng)不改變?cè)不朗辗叛b置的主體結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)較復(fù)雜，對(duì)移動(dòng)同步性改進(jìn)不大。

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