基于AMESim软件的取料机料耙液压系统优化设计VIP

年 月 第 卷 第 期 机床与液压 收稿日期 基金项目 河北省科技厅计划项目 河北省省级重点发展学科 流体传动控制与故障诊断方向 作者简介 王杰 女 工学硕士 副教授 从事流体传动与控制技术 虚拟样机技术的研究及教学工作 基于 软件的取料机料耙液压系统优化设计 王杰 唐山学院机电工程系 河北唐山 摘要 取料机料耙液压系统主要由双联叶片泵 比例换向阀 电磁溢流阀及液压缸组成 该液压系统利用液压缸的往 复运动来实现取料机的取料动作 由于系统采用比例换向阀 设备造价及维护成本较高 利用 软件对取料机料耙 比例液压系统进行优化设计 以降低设备相关成本 关键词 取料机料耙 液压系统 优化设计 中图分类号 文献标志码 文章编号 堆取料机是水泥行业在水泥生产的原始材料堆送 过程中用于堆料和取料的主要设备 是目前国内水泥 生产线上的关键设备 其运行状况会直接影响水泥生 产线的生产 课题研究的对象是某公司的取料机料耙液压系 统 该料耙液压系统主要由双联叶片泵 比例换向 阀 电磁溢流阀及液压缸组成 该液压系统利用液压 缸的往复运动来实现取料机的取料动作 由于系统采 用比例换向阀 设备造价及维护成本较高 因此利用 软件对其液压系统进行优化设计 降低设备 相关成本 原料耙液压系统仿真 系统仿真模型的建立 原液压系统原理图如图 所示 在 软件 中进行料耙液压系统仿真模型的搭建如图 所示 图 料耙液压系统原理图 图 取料机料耙液压系统仿真模型 仿真模型的参数设置 该液压系统中主要设置的参数包括 泵 电机 溢流阀 比例换向阀 液压缸 单向阀以及高压胶管 和管路的参数 电机 泵等参数的设置 电动机转速 液压泵最大排量 液压泵转速 液压缸径 液压缸杆径 快进时通过管路的流量 快退时通过管路的流量 运动黏 度 液压油密度 比例换向阀参数的设置 因为 软件中的通用标准元件库里的元件 结构相对比较简单 为了更加接近真实的仿真结果 在此利用 库里的部件搭建出比例换向阀的模型 如图 所示 比例换向阀控制信号如图 所示 图 比例换向阀仿真模型 图 比例换向阀控制信号 换 向 阀 的 型 号 为 最 大 压力 每控制边 压降为 时通过最 大流量为 为 了换向平稳 比例换向阀 采用梯形信号 为了越过 比例阀的死区 设置得电 信号起点为 电磁溢流阀参数的设置 系统 压 力 选 用 的 电 磁 溢 流 阀 为 其公称流量为 最高 压力 电磁铁需要电压 电流 响应时间得电 失电 电磁溢流阀用一个 普通溢流阀并联一个二位二通电磁换向阀 单向阀参数的设置 单向阀 的开启压力 通过 最大流量为 单向阀 的开启压 力 通过最大流量为 液压缸和负载参数的设置 液压缸选尺寸为 运动部件重 力 静摩擦阻力 为 动摩擦阻力 为 其他元件参数的设置 系统高压胶管内径 无缝钢管内径 回油过滤器堵塞开启压力为 动态特性的分析 根据运动速度和行程 取仿真时间为 步 长为 仿真结果如图 所示 图 负载位移变化曲线 采用比例换向阀 图 负载速度变化曲线 采用比例换向阀 图 缸受力变化曲线 采用比例换向阀 图 有杆腔与无杆腔压 力曲线比较 采 用比例换向阀 分析缸的受力和压力仿真曲线可知液压缸在启动 之初和换向时存在很小的波动 观察负载的位移和速 度变化曲线可知在换向过程中速度和位移比较平稳 料耙运动时受到的冲击很小 系统能够正常运行 观 察负载的位移和速度 即料耙的位移和速度曲线可 知 该系统完全能满足系统的设计要求 而且具有较 好的系统性能 第 期王杰 基于 软件的取料机料耙液压系统优化设计 取料机料耙液压系统优化设计 由于该系统采用比例换向阀 系统的造价及维护 成本较高 应企业要求对该液压系统进行优化设计以 期将系统的成本降低 首先利用电液换向阀替代比例 换向阀进行系统优化 利用电液换向阀替代比例换向阀 系统仿真模型的建立 根据电液换向阀的压降性能曲线 见图 利 用 库部件搭建的电液换向阀如图 所示 图 电液换向阀的压降性能曲线 图 电液换向阀模型 搭建取料机料耙液压系统的 仿真模型如 图 所示 图 取料机料耙液压系统仿真模型 模型的参数设置 对上述料耙液压系统模型进行参数设置 电液换向阀参数的设置 电液换向阀的型号为 最大压力 为 通过最大流量为 单向节流阀参数的设置 选用 叠加式双单向节流阀 最大压力 为 通过最大流量为 动态特性的分析 根据运动速度和行程 取仿真时间为 步 长为 仿真结果如图 所示 图 负载位移变化曲线 采用电液换向阀 图 负载速度变化曲线 采用电液换向阀 图 缸受力变化曲线 采用电液换向阀 图 有杆腔与无杆腔压 力曲线比较 采 用电液换向阀 分析缸的受力和压力仿真曲线可知液压缸在启动 之初和换向的时候存在比较大的波动 观察液压缸的 位移和速度变化曲线可知设计的液压原理图能够达到 设计要求 但在换向过程中仍存在较小的波动 所以 利用电液换向阀和单向节流阀的液压系统会存在比较 大的液压冲击 伴随着较大的噪声产生 液压冲击是 因为突然换向引起的 所以可以通过适当延长换向时 间来减小液压冲击 据此对现在搭建的模型进行 优化 加缓冲回路的液压系统 仿真模型的建立 将溢流阀添加在靠近液压缸回路上 组成缓冲回 路 搭建的液压系统仿真模型如图 所示 机床与液压第 卷 图 加缓冲回路的液压系统仿真模型 仿真模型的参数设置 对料耙液压系统的模型进行参数设置 只需要再 设置溢流阀的参数 选用先导式溢流阀 通过最大流量 额定压力 初始设 置溢流阀的调定压力为 和 动态特性的分析 根据运动速度和行程 取仿真时间为 步 长为 仿真结果如图 所示 图 负载位移变化曲 线 加缓冲回路 图 负载速度变化曲 线 加缓冲回路 图 缸受力变化曲线 加缓冲回路 图 有杆腔与无杆腔压力曲 线比较 加缓冲回路 分析缸的受力和压力仿真曲线可知液压缸在启动 之初和换向时的波动减小 观察液压缸的位移和速度 变化曲线可知设计的液压原理图能够达到设计要求 换向时的液压冲击得到缓解 分析仿真结果可知 采 用比例换向阀的液压系统运行效果较好 具有较好的 性能 而采用电液换向阀加缓冲阀的液压原理也可以 满足系统要求 虽然存在一定的波动 但波动已经很 小了 而利用电液换向阀的设备成本及维护成本较低 分析比较后对系统原理进行改进 绘制出改进后 的系统原理图如图 所示 图 料耙液压系统原理图 结论 利用 软件对取料机料耙比例液压系统进 行了优化设计 将比例换向阀替换为电液换向阀加缓 冲回路 优化后系统动态特性符合生产要求 降低了 设备的相关成本 目前该液压系统已经成功应用于生 产 并出口沙特 印尼 尼日利亚以及摩洛哥等国家 参考文献 瞿吉利 圆形料场堆取料机堆料装置动态仿真研究 长沙 中南大学 宋顺利 堆取料机技术改造 水泥 余佑官 龚国芳 胡国良 仿真技术及其在液压 系统中的应用 液压气动与密封 肖艳军 孟照建 梁新宇 等 斗轮堆取料机俯仰液压系 统设计与优化 机床与液压 黄立雄 堆取料机存在问题及改进措施 云南化工 李毅民 王英洁 石长忠 堆取料机的调速研究