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濕噴機(jī)液壓系統(tǒng)液壓沖擊主動(dòng)控制研究

文檔作者：楊波１王順２文檔來源： 1長沙中聯(lián)恒通機(jī)械有限公司 2湖南奇思環(huán)保有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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２０１６ 年１ 月
第４４ 卷第２ 期
機(jī)床與液壓
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｊａｎ?? ２０１６
Ｖｏｌ?? ４４ Ｎｏ?? ２
ＤＯＩ： １０．３９６９／ ｊ?? ｉｓｓｎ?? １００１－３８８１?? ２０１６?? ０２?? ０３４
收稿日期： ２０１４－１１－１０
作者簡介： 楊波（１９８３—）， 男， 碩士， 講師， 從事工程機(jī)械液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ｙａｎｇｂｏ００９＠ １２６?? ｃｏｍ。
濕噴機(jī)液壓系統(tǒng)液壓沖擊主動(dòng)控制研究
楊波１， 王順２
（１?? 長沙中聯(lián)恒通機(jī)械有限公司， 湖南長沙４１０００４； ２?? 湖南奇思環(huán)保有限公司， 湖南長沙４１００００）
摘要： 液壓活塞式濕噴機(jī)泵送液壓系統(tǒng)在換向閥換向時(shí)存在著嚴(yán)重的液壓沖擊， 產(chǎn)生液壓沖擊的主要原因是換向時(shí)油
路中的油液和負(fù)載的速度瞬間變化， 而油液和負(fù)載速度變化與泵的排量有關(guān)系。針對這種現(xiàn)象， 提出在主油缸活塞端增加
感應(yīng)套， 根據(jù)感應(yīng)套位移控制泵的排量來降低液壓沖擊的方法。通過ＡＭＥＳｉｍ 建模與仿真分析驗(yàn)證了這種主動(dòng)控制方法的
可行性， 為泵送液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞： 濕噴機(jī)； 液壓沖擊； 主動(dòng)控制； ＡＭＥＳｉｍ 仿真
中圖分類號： ＴＨ１３７?? ７　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Ａ　　文章編號： １００１－３８８１ （２０１６） ２－１１１－２
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｉｍｐａｃｔ Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｐｕｍｐ ｏｆ Ｗｅｔ Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
ＹＡＮＧ Ｂｏ１， ＷＡＮＧ Ｓｈｕｎ２
（１?? Ｚｏｏｍｌｉｏｎ Ｈｅｎｇｔｏｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｃｏ．， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１０００４， Ｃｈｉｎａ；
２?? Ｈｕｎａｎ Ｑｉｓｉ Ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｈｕｎａｎ ４１００００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅｒｅ ｅｘｉｓｔｓ ｓｅｒｉｏｕｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｍｐａｃｔ ｉｎ ｐｕｍｐ ｏｆ ｗｅｔ ｓｐｒａｙｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｖａｌｖｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｔｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ
ｍａｉｎ ｃａｕｓｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ ａｎｄ ｌｏａｄ ｉｓ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ ａｎｄ ｌｏａｄ ｉｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅ?
ｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐ． Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｍｐａｃｔ ｂｙ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．
Ｔｈｒｏｕｇｈ ＡＭＥＳｉｍ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｉｓ ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ
ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｕｍｐ ｏｆ ｗｅｔ ｓｐｒａｙｉｎｇ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｐｕｍｐ ｏｆ ｗｅｔ ｓｐｒａｙｉｎｇ； Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｍｐａｃｔ； Ａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ＡＭＥＳｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
　　混凝土濕噴技術(shù)以其簡便的工藝、獨(dú)特的效應(yīng)在
各種建筑領(lǐng)域顯示出旺盛的生命力［１］ 。濕噴機(jī)泵送系
統(tǒng)液壓換向沖擊引發(fā)堵管的問題較為嚴(yán)重。發(fā)生液壓
沖擊時(shí)， 系統(tǒng)瞬間的壓力值是正常壓力值的好幾倍，
巨大的液壓沖擊會(huì)使混凝土濕噴機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生很大的
振動(dòng)和噪聲， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致液壓元器件損壞［２］ 。
針對液壓活塞式濕噴機(jī)開式液壓系統(tǒng)的沖擊問
題， 提出了在主油缸活塞端增加內(nèi)置感應(yīng)套， 根據(jù)感
應(yīng)套位移控制泵的排量來降低液壓沖擊的方法， 在理
論分析的基礎(chǔ)上建模仿真分析予以驗(yàn)證。
１　液壓活塞式濕噴機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理
以某公司ＨＰＳ３０ 液壓活塞式濕噴機(jī)泵送系統(tǒng)為
研究對象， 原理如圖１ 所示。主回路由帶恒功率并具
有壓力切斷的電比例泵、先導(dǎo)型電磁溢流閥、電液換
向閥、推送油缸等組成。壓力油經(jīng)推送系統(tǒng)電液換向
閥９ 進(jìn)入推送油缸１２， 驅(qū)動(dòng)輸送缸完成泵送工作；
當(dāng)油缸活塞行程到位后觸發(fā)行程開關(guān)， ＳＱ１ （或ＳＱ２
） 發(fā)出電訊號， 電液換向閥９ 的ＤＴ２ 通電、ＤＴ３ 斷
電， 主閥處于右位， 主油缸１２－１ 活塞前進(jìn)。泵送系
統(tǒng)如此往復(fù)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)連續(xù)泵送混凝土。圖１　濕噴機(jī)泵送系統(tǒng)液壓原理
２　控制方法
如圖２ 所示為泵控缸位置控制系統(tǒng)框圖， 接近開
關(guān)產(chǎn)生的脈沖信號改變主油泵的電比例， 從而改變變
量斜盤傾角， 使輸出流量發(fā)生變化。
圖２　泵控缸位置控制系統(tǒng)框圖
主油缸的內(nèi)置感應(yīng)套經(jīng)接近開關(guān)產(chǎn)生的電信號經(jīng)
過傳感器反饋至控制器， 控制器對采集來的信號通過
運(yùn)算處理后控制主油泵電比例大小， 從而控制主油泵
的輸出流量， 最終達(dá)到控制液壓缸運(yùn)動(dòng)的目的。
由圖３ 可知ＨＰＳ３０ 混凝土濕噴機(jī)采用電控?fù)Q向，
在主油缸前端各設(shè)一個(gè)信號點(diǎn)， 為自動(dòng)補(bǔ)償主油缸
行程系統(tǒng)建立了基礎(chǔ)。主四通閥和擺缸四通閥分別
由２ 個(gè)三位四通閥（Ｍ 型機(jī)能和Ｙ 型機(jī)能） 控制，
通過控制４ 個(gè)電磁鐵的通斷電狀態(tài)形成正泵和反泵
操作。
圖３　主油缸剖視圖
　　正常工作狀態(tài)下以檢測到的接近開關(guān)ＳＱ 在前進(jìn)
狀態(tài)下的第一個(gè)上升沿開始降主油缸排量， 第二個(gè)上
升沿主缸和擺缸同時(shí)觸發(fā)換向， 正常換向的時(shí)序表見
圖４。由于換向時(shí)間只有２００ ｍｓ， 如采用階梯式降排
量則會(huì)影響主系統(tǒng)每分鐘的換向次數(shù)， 從而影響整機(jī)
性能， 在此采用一次性降排量到設(shè)計(jì)點(diǎn)的方法。
圖４　正常換向的時(shí)序表
３　仿真驗(yàn)證
利用ＡＭＥＳｉｍ 仿真軟件［２］ 建立ＨＰＳ３０ 液壓活塞
式濕噴機(jī)的簡化模型， 如圖５ 所示。
圖５　泵送液壓系統(tǒng)仿真模型
對各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置如下： 主油缸缸徑、桿徑和
行程分別為１２５、８０、８００ ｍｍ， 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速２ ０００
ｒ／ ｍｉｎ， 溢流閥安全壓力３４ ＭＰａ。在運(yùn)行模式中運(yùn)
行， 得到仿真曲線， 如圖６—９ 所示。
圖６　降排量到滿排量的３０％、
５０％和７０％后油缸無
桿腔壓力變化對比圖
　　
圖７　等效活塞質(zhì)量
對泵送換向壓
力的影響
圖８　彈性模量對泵送
換向壓力的影響　　　圖９　不同降排量時(shí)間對
泵送換向沖擊影響
主動(dòng)降排量至滿排量的３０％、５０％和７０％后推料
油缸無桿腔壓力變化對比如圖６ 所示， 振蕩過程后逐
漸緩解。比較可得： 降低油泵排量值越大， 油泵出口
和推料缸無桿腔壓力沖擊降低效果越明顯。
在負(fù)載Ｆ ＝ １２０ ０００ Ｎ 時(shí)， 等效活塞質(zhì)量分別為
１００、１５０ 和２００ ｋｇ， 仿真結(jié)果如圖７ 所示。可以看
出， 油缸活塞等效質(zhì)量增加后， 系統(tǒng)的壓力峰值減
少， 動(dòng)態(tài)特性改善。
液壓油彈性模量分別Ｋ ＝１ ５００ ＭＰａ、Ｋ ＝１ ７００ ＭＰａ
（下轉(zhuǎn)第１４４ 頁）
·１１２· 機(jī)床與液壓 第 ４４ 卷
圖１１　鼓輪軸外形
圖１２　鼓輪軸內(nèi)部油道
在此要說明的是： 夾緊分配器芯軸與鼓輪軸分成
兩件制造的原因是縱向油道結(jié)構(gòu)的限制造成的， 在此
就不贅述了。
３　關(guān)鍵零件制造工藝
該夾緊分配器中的分配器套、分配器芯軸和滾輪
軸均為關(guān)鍵零件， 因此在生產(chǎn)制造中必須充分重視。
３ 種零件均選用４０Ｃｒ 材料制造。機(jī)床工作時(shí)，
分配器套與鼓輪墻板固定不動(dòng)， 而分配器芯軸與鼓輪
軸連接后跟隨鼓輪、鼓輪軸一起回轉(zhuǎn)， 因此， 分配器
芯軸與分配器套相對轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦； 為了提高零件的
耐磨性， 分配器套和芯軸均進(jìn)行淬火處理； 滾輪軸與
鼓輪固定， 主要承擔(dān)支承鼓輪的作用， 因此進(jìn)行調(diào)質(zhì)
熱處理， 提高其綜合機(jī)械性能。
另外， 分配器芯軸與分配器套配合應(yīng)精密， 防止
工作中產(chǎn)生漏油， 盡管軸向均布置了Ｏ 型密封圈，
但軸向密封只能依靠相互配合實(shí)現(xiàn)， 因此要求制造時(shí)
芯軸的外圓和套的內(nèi)孔均具有高的圓柱度， 并且配合
間隙小。
４　結(jié)論
通過以上分析、設(shè)計(jì)， 解決了分配器設(shè)計(jì)中的４
個(gè)關(guān)鍵問題， 并通過制造驗(yàn)證， 進(jìn)一步說明設(shè)計(jì)的合
理性與正確性。
該工件被加工孔位置方案對類似零件具有廣泛的
參考價(jià)值， 在相似功能機(jī)械結(jié)構(gòu)中可以進(jìn)一步拓展應(yīng)
用， 以滿足不同應(yīng)用場合的需要。
參考文獻(xiàn)：
［１］ 大連組合機(jī)床研究所．組合機(jī)床設(shè)計(jì)：第一冊機(jī)械部分
［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９７５．
［２］ 大連組合機(jī)床研究所．組合機(jī)床設(shè)計(jì)：第二冊液壓部分
［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９７５．
［３］ 大連組合機(jī)床研究所．組合機(jī)床設(shè)計(jì)參考圖冊［Ｍ］．北
京：機(jī)械工業(yè)出版社，１９７５．
［４］ ＧＲＡＮＴＨ Ｅ．夾具———非標(biāo)準(zhǔn)夾緊裝置［Ｍ］．北京：機(jī)械
工業(yè)出版社，１９７５．
［５］ 史美堂．金屬材料及熱處理［Ｍ］．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出
版社，１９８０．
［６］ 金振華．組合機(jī)床及其調(diào)整與使用［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)
出版社，１９９０．
［７］ ＵＬＬＭＡＮＤ Ｇ．機(jī)械設(shè)計(jì)過程［Ｍ］．北京：機(jī)械工業(yè)出版
社，２０１０．
［８］ 顧崇銜．機(jī)械制造工藝學(xué)［Ｍ］．西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版
社，１９８１．
（上接第１１２ 頁）
和Ｋ ＝１ ９００ ＭＰａ， 仿真結(jié)果如圖８ 所示。可以看出：
減小液壓油彈性模量， 換向壓力響應(yīng)峰值和振蕩頻率
明顯降低， 在彈性模量Ｋ ＝ １ ５００ ＭＰａ 時(shí)， 換向的壓
力甚至可以平穩(wěn)過渡。在工程實(shí)際中， 為降低換向液
壓沖擊壓力， 建議選用低彈性模量的液壓油， 選用彈
性模量較小的材料做油管等。
如圖９ 所示， 主油泵降排量時(shí)間分別為０?? １ 和
０?? １５ ｓ 時(shí)， 兩種不同的降排量時(shí)間對泵送換向沖擊的
影響。可以看出： 檢測到換向信號后， 主油泵降排量
時(shí)間越長， 換向沖擊越小。但時(shí)間不是越長越好， 時(shí)
間越長每小時(shí)的泵送量就越小。在這里推薦降排量時(shí)
間不超過０?? ２ ｓ。
４　結(jié)論
（１） 通過感應(yīng)套位移控制泵的排量能大幅降低
換向時(shí)的沖擊。
（２） 在泵送換向瞬間減少主泵排量有利于降低
壓力沖擊， 推薦降排量時(shí)間為０?? ２ ｓ。
（３） 增加油缸活塞等效質(zhì)量和采用低彈性模量
的液壓油后， 動(dòng)態(tài)特性改善。
參考文獻(xiàn)：
［１］ 王小寶．濕式混凝土噴射機(jī)的類型及發(fā)展［Ｊ］．工程機(jī)
械，２０００（２）：２８－３２．
［２］ 羅朝廷．濕噴技術(shù)的應(yīng)用前景［Ｃ］ ／ ／ 中國高速鐵路隧道
國際技術(shù)交流會(huì)論文集，２００６：６１２－６２０．
［３］ 張庚云．混凝土濕噴機(jī)液壓沖擊與脈動(dòng)機(jī)理分析［Ｄ］．西
安：長安大學(xué)，２００７．
［４］ 閆占輝，王春波．混凝土泵液壓系統(tǒng)改造［Ｊ］．液壓與氣
動(dòng)，２０１０（４）：７２－７４．
［５］ 吳萬榮，梁向京．水平管道中工業(yè)漿體堆積速度的確定
［Ｊ］．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），２０１２，３５（６）：
７２１－７２４．
［６］ 曹中一，秦玉彬，吳萬榮．混凝土泵送液壓系統(tǒng)液壓沖擊
主動(dòng)控制研究［Ｊ］．合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，２０１３，３６（３）：２６１－
２６４．
［７］ 周現(xiàn)奇．混凝土濕噴機(jī)泵送液壓控制系統(tǒng)特性研究［Ｄ］．
長沙：中南大學(xué)，２０１１．
［８］ 郭凱峰．單向變轉(zhuǎn)速比例泵控非對稱缸系統(tǒng)控制方法研
究［Ｄ］．上海：上海交通大學(xué)，２０１３．
·１４４· 機(jī)床與液壓 第 ４４ 卷

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