汽车起重机回转机构动态仿真

20L1年6月第39卷第1I期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSJUN20LLVO139NO1LDOI103969JISSN10013881201111033汽车起重机回转机构动态仿真杨璐，徐倩，杨兴菊长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064摘要分析了汽车起重机回转系统工作原理，在此基础上建立AMESIM仿真模型，采用该模型对汽车起重机回转机构动力学特性进行了模拟仿真及分析，研究各运动参数、系统匹配特性对回转特性的影响，并对如何改善系统的性能提出了建议。关键词汽车起重机；回转机构；液压系统；动态仿真中图分类号TH2136文献标识码A文章编号100138812011111183DYNAMICSIMULATIONOFCARCRANEROTARYSYSTEMYANGLU，XUQIAN，YANGXINGJUKEYLABORATORYFORHIGHWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGYANDEQUIPMENTOFMINISTRYOFEDUCATION，CHANGANUNIVERSITY，XIANSHAANXI710064，CHINAABSTRACTTHEWORKINGPRINCIPLEOFROTARYSYSTEMOFCARCRANEWASANALYZED，BASEDONWHICHTHEAMESIMSIMULATIONMODELWASESTABLISHEDACCORDINGTOTHEMODEL，THEROTARYDYNAMICCHARACTERISTICSOFTHECAL“CRANEWERESIMULATEDANDANALYZED，FURTHERMORETHEEFFECTSOFKINEMATICPARAMETERSANDMATCHPROPERTIESTOROTARYCHARACTERISTICSWERESTUDIEDFINALLYHOWTOIMPROVEPERFORMANCEOFTHESYSTEMISPROPOSEDKEYWORDSCARCRANE；ROTARYSYSTEM；HYDRAULICSYSTEM；DYNAMICSIMULATION汽车起重机回转机构液压系统工作时，经常会出现突然卸载、换向阀突然换向等问题，使系统处于动态过程。为了提高设计的可靠性，对汽车起重机回转机构液压系统进行建模与仿真分析是十分必要的。对起重机液压系统进行定性和定量的仿真，依靠传统微分和差分方程方法不能很好地模拟实际系统的变化过程。作者以某汽车起重机回转液压系统为例，利用AMESIM液压仿真技术，建立回转机构液压系统仿真模型，并进行了仿真分析。1汽车起重机回转液压系统结构与工作原理LEDC模块2一压力限制阀卜马达伺服控制活塞4一马达5一回路冲洗阀6一单向补油高压溢流阀7一补油泵8一油箱9一柱塞泵图1汽车起重机回转液压系统原理图收稿日期2010一O504基金项目陕西省重大科技创新专项资金计划项目2008ZKC0116作者简介杨璐1985一，女，硕士研究生。电EMAILYANGLULYAHOOCN。第11期杨璐等汽车起重机回转机构动态仿真119起重机液压系统一般为单泵供油闭式回路，图1为汽车起重机回转液压系统原理图。泵为斜盘变量轴向柱塞泵，改变变量泵排量来调节回转马达的转速，马达转向通过泵斜盘调整而改变；比例电磁阀控制双作用伺服阀芯的开度，伺服阀芯在两侧压差作用下带动斜盘运转，进而实现泵在正的最大排量与负的最大排量之间无级变化，从而实现油液流向和流量的变化。为了补偿闭式系统的漏损，配有补油泵，同时该泵为控制主泵斜盘摆角变化的油缸提供动力。马达为轴向柱塞马达，因为马达转速高，输出扭矩较小，所以配有减速装置来降低转速，提高扭矩，从而带动起重机上车相对下车进行回转运动。液压回路安装过压保护，回转制动由制动器完成。缓冲阀在系统受到大的冲击载荷时起缓冲及安全保护的作用。起重机回转作业具有转动惯量大、启动和制动冲击载荷大等特点，由于回转机构频繁的制动和启动，产生大量热量，回路冲洗阀可将闭式回路中一部分低压侧工作油液排出回路以达到对闭式回路中工作油液循环冷却及清洁过滤作用。2汽车起重机回转系统仿真模型AMESIM是基于键合图的液机械系统建模仿真及动力学分析软件。根据汽车起重机的回转机构的工作原理，建立仿真模型如图2所示，部分基本参数如表1。图2汽车起重机回转机构仿真模型表L汽车起重机回转系统仿真模型基本参数表发动机转速RMIN1800安全阀额定压力MPA42主泵额定排量RNLR45马达额定排量MLR50补油泵额定排量MLR123汽车起重机回转系统模型仿真及结果分析31回转特性的仿真汽车起重机回转机构要求工作时转速稳定，液压系统冲击小。图3分别为回转角度、回转速度、回转角加速度、扭矩随时间变化的情况。2OI510目05000。51S2O020406000100020406080100时间，S时间，S图3回转角度随时图4回转速度随时间变化关系间变化关系宝0羹羁340204060801O0020406080100时间，S时间，S图5回转角加速度随时间变化关系图6回转扭矩随时间变化关系由图3可以看出该机构可以实现360。回转，最大速度和角加速度均在合理范围之内，而且换向平稳，冲击较小。通过仿真和测试结果对比，可以看出在AMESIM中建立的仿真模型能够模拟实际的液压回路，可以利用该模型进行进一步的动、静态分析。32不同作业工况的特性回转机构是惯性冲击影响最直接的传动机构，臂架越长，负载越大，影响越突出。回转机构在启动和制动时会产生巨大的惯性，对液压系统产生冲击，降低减速机构的使用寿命。图7、8为不同的负载情况下，回转速度、回转角加速度的变化。皇昌05L0L520时间，S图7不同转动惯量时回转速度随时间变化关系从图7、8可以看出，在其他条件不变的情况下，转动惯量的变化可以体现起重质量变化对系统的影响。在转动惯量较小时，起重质量较小，角加速度越小，系统动态响应越快；角加速度越大，系统的稳定枷圳枷MO枷姗伽鼋嘏毒章毗吡OOOO000SV、嘲履援O5O5O21LOO120机床与液压第39卷性越差。起重质量越大，角加速度也越大，响应速度变慢，系统的压力波动变大。通过合适的控制，可以提高大转动惯量工况下回转作业的平稳性，同时在转动惯量小的工况下具有较高的作业效率。E毛呈亩般嚣图8不同转动惯量时回转角加速度随时间变化关系33流量的影响图9、10为泵在不同的流量情况下，回转速度、回转角加速度随时间的变化关系。图11、12为马达在不同的流量情况下，回转速度、回转角加速度随时间的变化关系。O36912时间，S36912时间，S图L0泵流量不同时回转角加速度随时间变化关系由图9、10可以看出流量的变化主要是由控制信号决定的，也反映了控制信号的变化规律，其受系统的影响较小。由图11、12可以看出系统的动态品质随流量的增大而变差，动态响应时间增加，但是流量减小时系统的回转角速度、压力的脉动也随之增大。因此，适当减小马达流量，可明显改善系统的动态性能。252O善15鏖L005O002468101214时间S图11马达流量不同时回转速度随时间变化关系O0400035O030毛0025002000150010000500000246810L2L4时间，S图12马达流量不同时回转角加速度随时间变化关系4结语汽车起重机回转机构动态特性是其工作特性和可靠性的基本要求。对回转系统采用AMESIM进行动态仿真分析可以定性的研究各运动参数、系统匹配特性对回转特性的影响。为汽车起重机性能提升、液压回转系统的优化设计及特性分析提供参考。参考文献【1】IMAGINESAAMESIM412USERMANUALM2004【2】成都科技大学液压传动及控制编写组流体传动及控制M。成都成