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基于AMESim的液壓絞車液壓系統(tǒng)研究

文檔作者：衛(wèi)振勇文檔來源：徐州五洋科技有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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基于AMESim 的液壓絞車液壓系統(tǒng)研究
衛(wèi)振勇
徐州五洋科技有限公司 徐州1 221l16
摘要：液壓系統(tǒng)是液壓絞車的重要組成部分。液壓絞車的液壓驅(qū)動系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)，開
式系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維修容易等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用AMESim軟件對開式液壓系統(tǒng)性能進(jìn)行分析，通過改
變系統(tǒng)參數(shù)得到不同系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。
關(guān)鍵詞：液壓絞車；液壓系統(tǒng)；開式系統(tǒng)；AMESim；仿真
中圖分類號：TH137 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—0785 (2011)05—0071—03
Abstract：Hydraulic system is a very important part of the hydraulic winch．The hydraulic driving system can be
open—type and closed—type．The open—type system is characterized in simple structure， low cost and easy maintenance．The
paper analyzes the performance of open—type system with AMESim software to obtain effect of different parameters on system
performance through changing the system parameters．
Keywords： hydraulic winch； hydraulic system ； open—type system ；AMESim ；simulation
液壓絞車是一種利用液壓馬達(dá)直接或通過減
速箱拖動滾筒的新型絞車。其采用液壓傳動，減
少了產(chǎn)生電氣火花的元件；全部使用鼠籠型電動
機(jī)，空載直接起動，電氣控制設(shè)備簡單，易于做
成防爆型。因此采用液壓絞車是解決煤礦井下絞
車安全防爆問題的有效途徑。液壓絞車具有無級
凋速，起動、換向平穩(wěn)，低速運(yùn)轉(zhuǎn)性能好，操作
簡單，體積小，重量輕，安全保護(hù)較齊全等優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，液壓絞車可分為2大類：一類是
采用低速大扭矩柱塞液壓馬達(dá)直接拖動絞車卷筒
的全液壓傳動形式；另一類是采用高速小扭矩柱
塞液壓馬達(dá)經(jīng)減速器拖動絞車卷筒的液壓一機(jī)械
傳動形式。液壓絞車主要通過改變流人液壓馬達(dá)
的流量來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速，調(diào)速方式分為節(jié)流調(diào)速
和容積調(diào)速。
1 液壓系統(tǒng)設(shè)計
液壓系統(tǒng)性能是液壓絞車性能的重要組成部
分。液壓絞車的液壓驅(qū)動系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)和閉
式系統(tǒng)，考慮到開式系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低
廉，便于維護(hù)，油液可在油箱中很好地冷卻和沉
淀雜質(zhì)，散熱良好等優(yōu)點(diǎn)，本文采用開式液壓驅(qū)
動系統(tǒng)，如圖1所示。液壓動力源采用電機(jī)帶動
的定量液壓泵。溢流閥可以限定系統(tǒng)最高壓力，
起到保護(hù)系統(tǒng)的作用。系統(tǒng)通過三位四通電磁換
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2011(5)
向閥，實(shí)現(xiàn)卷筒的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁閥位于左位時，
卷簡正轉(zhuǎn)，重物被提升； 當(dāng)電磁閥位于右位時，
卷筒反轉(zhuǎn)，重物被下放； 當(dāng)電磁閥處于中位時，
系統(tǒng)卸荷。電液比例流量閥用來調(diào)節(jié)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。
系統(tǒng)設(shè)有平衡閥，使下放工況運(yùn)行更為平穩(wěn)。
1．電機(jī)2．液壓泵3．單向閥4．三位四通換向閥
5．電液比例調(diào)速閥6．液壓馬達(dá)7．卷筒
8．平衡閥9．溢流閥10．油箱
圖1 液壓絞車的液壓系統(tǒng)
2 基于AMESim 的液壓系統(tǒng)建模
2．1 AMESim簡介
AMESim是圖形化的開發(fā)環(huán)境，用于工程系統(tǒng)
建模、仿真和動態(tài)性能分析。使用者完全可以應(yīng)
一71 —
用集成的一整套AMESim應(yīng)用庫來設(shè)計系統(tǒng)，所
有的模型都經(jīng)過嚴(yán)格的測試和實(shí)驗驗證。AMESim
不僅可以令使用者迅速達(dá)到建模仿真的最終目標(biāo)，
而且還可以分析和優(yōu)化設(shè)計，使工程師從繁瑣的
數(shù)學(xué)建模中解放出來，從而專注于物理系統(tǒng)本身
的設(shè)計，不需要書寫程序代碼。本文利用AMESim
建立液壓系統(tǒng)模型，并分析液壓系統(tǒng)性能，確認(rèn)
了系統(tǒng)的可行性，提出進(jìn)一步改善系統(tǒng)的方案。
2．2 在AMESim 中建立液壓系統(tǒng)模型
AMESim專門為液壓系統(tǒng)建立了一個標(biāo)準(zhǔn)仿真
模型庫，使用該標(biāo)準(zhǔn)仿真模型庫就可以搭建最基
本的液壓系統(tǒng)。在AMESim中的Sketch模式下建
立液壓系統(tǒng)模型，如圖2所示。圖2中用1個恒流
源代替了電機(jī)和液壓泵，省去了平衡閥。
圖2 在AMESim中創(chuàng)建的液壓系統(tǒng)模型
進(jìn)入AMESim中的Parameter模式對系統(tǒng)主要元
件的初始參數(shù)設(shè)定如下：重物質(zhì)量1 000 kg；鋼絲繩
長500 m；卷簡直徑500 lnlTl；轉(zhuǎn)動慣量50 kg·m ；
減速比10； 馬達(dá)排量100 mL／r；額定轉(zhuǎn)速
500 r／min；恒流源流量50 L／min；溢流閥調(diào)定壓
力30 MPa。設(shè)定好各個元件的參數(shù)后進(jìn)入AMESim
中的Run模式就可以對液壓系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析。
3 仿真結(jié)果與分析
在Run模式下將仿真精度設(shè)定為0．001 S，仿
真時間為6 S。初始參數(shù)的仿真結(jié)果如圖3和圖4。
分析圖3、圖4可知，該系統(tǒng)在起動時有較劇
烈的振蕩現(xiàn)象，調(diào)整時間約為4 S，最大超調(diào)為
0．148，振蕩次數(shù)較多。啟動時液壓回路中液壓沖
擊較大，沖擊壓力最大達(dá)到30 MPa(溢流閥的調(diào)
一72 一
塞
一0
圖3 重物速度曲線
圖4 恒流源出油口壓力
定壓力)，液壓回路的振蕩也較劇烈。
下面通過改變系統(tǒng)參數(shù)，利用AMESim提供
的批處理功能，對比分析各個參數(shù)對系統(tǒng)的影響。
1)不同轉(zhuǎn)動慣量對系統(tǒng)的影響
圖5為轉(zhuǎn)動慣量的值分別為50 kg·m 、100
kg·m 、150 kg·m 時重物速度曲線。
1、2、3．轉(zhuǎn)動慣量分別為50 kg·m 、
100 kg·m 、150 kg ·m
圖5 不同轉(zhuǎn)動慣量重物速度曲線
分析仿真曲線可知，增大轉(zhuǎn)動慣量系統(tǒng)調(diào)整
時間基本不變，仍維持在約4 s，超調(diào)量有所下降，
振蕩次數(shù)減少，相對穩(wěn)定性有所提高。
2)改變溢流閥調(diào)定壓力
圖6、圖7為溢流閥調(diào)定壓力分別為30 MPa、
20 MPa、18 MPa時的仿真結(jié)果。
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2011(5)
6 4 2 O 8 6 4 2 0 2
● O O O O O O
一．． 三逮嘲器惻．
l 6
1 4
1 2
量l0
缸o(hù) 8
O 6
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O 2
0 O
-0 20
1、2、3．溢流閥調(diào)定壓力分別為30 MPa、
20 MPa、18 MPa
圖6 溢流閥不同調(diào)定壓力重物速度曲線
／ 】
? 一
一＼
l、2、3．溢流閥調(diào)定壓力分別為30 MPa、
20 MPa、18 MPa
圖7 溢流閥不同調(diào)定壓力恒流源出口壓力曲線
由仿真結(jié)果可知，改變溢流閥調(diào)定壓力對系
統(tǒng)影響很大，溢流閥調(diào)定壓力越低，系統(tǒng)越穩(wěn)定，
液壓沖擊越小。當(dāng)調(diào)低壓力為18 MPa時，該壓力
小于系統(tǒng)正常工作壓力， 當(dāng)其到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時，
一部分油液通過溢流閥流回油箱，馬達(dá)達(dá)不到額
定轉(zhuǎn)速，因此重物速度小于正常工作時的速度。
3)液壓回路中增加蓄能器
進(jìn)入Sketch模式，在原液壓回路中加入蓄能
器，進(jìn)人Run模式，將仿真時間設(shè)定為15 s，仿
真結(jié)果見圖8、圖9。
分析圖8和圖9知，加入蓄能器后，調(diào)整時間
延長至8 S，超調(diào)量為0．635，比之前的0．148有較
大的增幅。但系統(tǒng)振蕩次數(shù)減少。同時液壓回路
受到的液壓沖擊變得較為緩和，這有利于液壓系
統(tǒng)的正常工作。
4 結(jié)論
在AMESim中通過對比分析不同參數(shù)下的仿
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2011(5)
—
’
∞
E
35
30
25
墨20
15
邕10
5
0
0 2 4 6 8 1 0 j 2 l 4
時間，s
圖8 重物速度曲線
O 2 4 6 8 lO 12 1 4
時間／s
圖9 恒流源 口壓力曲線
真曲線，得到各元件不同參數(shù)對系統(tǒng)起動性能的
影響。適當(dāng)增加轉(zhuǎn)動慣量可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，
系統(tǒng)的快速性基本保持不變。溢流閥溢流壓力對
系統(tǒng)影響很大，在保證系統(tǒng)正常工作的前提下，
盡量降低壓力值，可大幅度增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，降
低液壓系統(tǒng)所受到的液壓沖擊。在系統(tǒng)中增加蓄
能器，可以很好地吸收液壓沖擊，但系統(tǒng)超調(diào)量
和調(diào)整時間有所增加。本文研究及結(jié)論對實(shí)際液
壓系統(tǒng)的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
參考文獻(xiàn)
[1]吳輝海．液壓絞車[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，
1989．
[2]許福玲，陳堯明．液壓與氣壓傳動：M]．北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，2007．
[3]吳振順．液壓控制系統(tǒng)[M]．北京：高等教育出版
社，2008．
[4]鄭小軍，陶薇．基于AMESim的液壓挖掘機(jī)運(yùn)動及控
制仿真[J]．液壓氣動與密封，2009(2)：24—26．
作者地址：江蘇省徐州市中國礦業(yè)大學(xué)國家大學(xué)科技園同
創(chuàng)新座C區(qū)徐州五洋科技有限公司
郵 編：221116
收稿日期：2010～10—27
— 73 —

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