基于amesim的混凝土泵车泵送系统仿真研究

基于amesim的混凝土泵车泵送系统仿真研究

0显著提高经济效益混合泵车是现代建筑中使用的设备。它不仅可以加快施工进度，降低劳动强度，而且可以显著提高经济效益。由于混凝土泵车液压系统经常在高压下工作,且工作过程中两主液压缸交替工作,所以换向过程中会出现较严重的冲击和振动1缓冲机构设计该混凝土泵车的液压系统原理图如图1所示。在主液压缸的两端分别有两处缓冲机构,主要由一个单向阀、一个阻尼孔构成。当活塞运行到缓冲点时,活塞一侧的高压油会从缓冲通道经阻尼孔、单向阀进入活塞的对侧,这样便增加了回油阻力,从而减缓活塞的运动速度,实现缓冲功能。如图1所示,主液压泵输出的高压油经过主换向阀、插装阀进入主液压缸的有杆腔,推动主液压缸的活塞下行。而对侧的液压油受挤压,通过连通回路进入另一主液压缸的无杆腔。当活塞运行到缓冲点时,在两个缓冲机构的两股油压差的作用下,摆动系统液动换向阀换向,同时摆阀液压缸使S管阀完成摆动。当S管阀换向后,液动阀12换向,进而使泵送系统主换向阀换向,让泵送系统换向,如此往复循环工作下去。2系统模拟模型的构建2.1模型库的简介AMESim软件是法国Imagine公司推出的基于键合图的液压、机械系统建模、仿真及动力学分析软件,其提供的模型库基于国际标准的图形符号,非常易于使用。并且它的求解器可以根据系统的动态特性,在17种可选算法中自动选择最佳积分算法,且具有精确的不可连续性处理能力。另外该软件还接口技术灵活、可靠性高,因此AMESim软件在工业领域得到了广泛的应用。2.2基于hcd的二通插装阀建模在该泵送液压回路中,油箱、液压泵、单向阀、溢流阀和电磁换向阀等元件可以从AMESim的液压元件库中直接选取。而插装阀、液控换向阀和带缓冲结构的液压缸等元件在该软件中找不到直接的模型,但为了保证仿真的精度与可靠性,不能将这些元件省略,因此需要利用AMESim的HCD(HydraulicComponentDesign)库,根据元件的工作原理和实际结构自己搭建。下面以插装阀为例介绍其建模过程:如图2所示为二通插装阀的典型结构和图形符号。它是由控制盖板1、阀套2、弹簧3、阀芯4和阀体5等五部分组成。A、B口接工作油路,C口接控制油。A、B口能否互通取决于阀芯两侧的压力差。特殊情况,若C口接油箱,那么A、B口能互通。根据插装阀的结构与原理,可以利用HCD库中的基本元件搭建二通插装阀,主要包括阀芯、复位弹簧、阻尼孔口及控制阀等部分,搭建的仿真模型如图3所示。M型三位四通液控换向阀和两位四通液控换向阀等元件建模方式与插装阀类似,根据其结构原理便可搭建。2.3泵送系统模型的建立利用前面已建成的插装阀、液控阀的模型和机械库、控制库等中的元件搭建出泵送系统的仿真模型,如图4所示。系统中各元件的主要参数如表1所示。3模拟分析3.1仿真及实测时间为了验证所建模型的准确性,有必要进行验证。设置泵送负载10MPa,仿真时间4s、步长0.01,设置主泵开度分别为100%、80%,主泵转速分别为1980r/min、2130r/min,得到主泵压力和活塞位移曲线如图5、图6所示:仿真时间和实测时间如表2所示。对比仿真时间和实测时间,不难看出仿真结果和实验结果基本接近,说明所建立的模型基本上是合理的,可以利用该模型进行下一步缓冲功能分析。3.2a/s时a与无缓冲功能的对比对主泵送液压缸有无缓冲结构分别进行仿真。设置仿真工况如下:泵送负载10MPa,主泵转速2300r/min,主泵开度100%。有无缓冲结构的仿真结果如图所示:结果分析:对比活塞a的位移曲线可以看出:有缓冲结构的系统在2.4s时活塞位移曲线的斜率开始变小,而无缓冲的位移曲线斜率不变。在图像上(见图7、图8)表现出来是:有缓冲的位移曲线在靠近端点时发生弯曲,而无缓冲的位移曲线始终是一条直线。通过观察速度曲线会更明显,在图9中,当活塞a运行到缓冲点,即2.4s时,活塞的运动速度由0.76m/s降到0.64m/s,降幅达到15.8%。这是由于活塞通过缓冲点时,活塞一侧的高压油经过缓冲通道内的单向阀和阻尼孔进入活塞对侧,回油阻力增加,使活塞两侧的油差变小,从而引起活塞速度的下降,直到2.8s时全部降为0m/s。而在无缓冲功能的图10中,活塞速度在运行过程中始终保持在0.76m/s,直到2.7s时由于运动到液压缸端点才突降到0m/s,这样会与顶端发生严重的机械碰撞,引起强烈的冲击与振动。另一活塞b的动态特性和活塞a相似,只是位移和速度的正负号相反。4缓冲结构仿真本文利用AMESim对混凝土泵车泵送液压系统回路进行了仿真研究,建立了泵送回路的仿真模型,在验证模型准确的基础上,对混凝土泵送系统有无缓冲结构进行了仿真对比,结果表明:带有缓冲结构的泵送系统在达到