張步坤，胡代群

ZHANG Bu-kun, HU Dai-qun

（三一路面機(jī)械有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

阻尼孔調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械液壓系統(tǒng)中，它的動(dòng)、靜態(tài)特性受元件參數(shù)的設(shè)定等多種因素的影響，當(dāng)參數(shù)調(diào)整不當(dāng)時(shí)，往往無(wú)法達(dá)到需要的響應(yīng)要求，甚至?xí)绊懙秸麄€(gè)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此在液壓系統(tǒng)回路設(shè)計(jì)和分析中，有必要用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行分析和判斷，傳統(tǒng)的仿真分析方法，如鍵合圖分析法需要設(shè)定者利用液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，求解繁瑣的系統(tǒng)方程，然后在這個(gè)系統(tǒng)上進(jìn)行仿真。這些方法要求設(shè)計(jì)者具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)和技巧，模型的建立需要花費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)比較困難。

AMESim作為一種圖形化建模軟件，能更直觀的反映液壓元件，所含液壓系統(tǒng)的模型庫(kù)中集成了大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的仿真子模型，最大程度的避免了仿真者自行設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，同時(shí)對(duì)于系統(tǒng)中的特定元件模型，可根據(jù)其物理結(jié)構(gòu)，使用液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)里面的最小模型單元搭建完成。在參數(shù)調(diào)整方面也比較方便，便于對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。

本文以攤鋪機(jī)找平液壓控制系統(tǒng)回路為例，利用AMESim建立仿真模型，對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。

1 找平系統(tǒng)模型

找平系統(tǒng)作為攤鋪機(jī)的重要組成部分，對(duì)路面施工平整度起決定作用。找平油缸升降速度直接影響機(jī)器找平系統(tǒng)性能，速度太慢將會(huì)直接導(dǎo)致找平系統(tǒng)響應(yīng)較低，找平延遲；速度太快可能造成找平系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，因而合理選擇找平控制油缸升降速度，是保證找平系統(tǒng)獲得最佳性能的關(guān)鍵因素之一。

圖1為攤鋪機(jī)找平系統(tǒng)液壓原理圖。油泵6作為油源提供液壓能，溢流閥7調(diào)定系統(tǒng)的壓力值，起到系統(tǒng)分流和安全作用，電磁換向閥5控制油缸伸縮，液壓鎖4確保油缸處于設(shè)定位置，采用阻尼孔2、3調(diào)節(jié)找平油缸1的響應(yīng)速度。

圖1 找平系統(tǒng)液壓原理圖

系統(tǒng)可通過(guò)調(diào)整不同規(guī)格阻尼孔調(diào)節(jié)找平油缸速度，在工作過(guò)程，若是阻尼孔兩側(cè)壓降較大時(shí)，溢流閥7起到分流液壓油作用，阻尼孔徑取值對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起到關(guān)鍵作用。

2 建模及參數(shù)設(shè)置

利用AMESIM動(dòng)態(tài)仿真軟件中的HCD液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)對(duì)找平液壓系統(tǒng)進(jìn)行回路建模。找平系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由活塞和彈簧組成，為了使仿真效果更接近實(shí)際，活塞運(yùn)行產(chǎn)生的摩擦力需要考慮。找平運(yùn)動(dòng)中，大臂仰角變化，對(duì)找平油缸作用力也不一致，結(jié)合實(shí)際工況，建模設(shè)置其與油缸位移量成函數(shù)關(guān)系。油缸進(jìn)出油口安裝阻尼孔裝置起到調(diào)節(jié)油缸運(yùn)動(dòng)速度。電磁換向閥采用信號(hào)源進(jìn)行信號(hào)輸入，圖2為找平系統(tǒng)仿真模型。

圖2 找平系統(tǒng)仿真圖

采用AMESim對(duì)液壓系統(tǒng)仿真時(shí)，不僅只是合理選擇元件搭建正確的動(dòng)態(tài)仿真模型，合理地設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)也是十分重要的，針對(duì)以上仿真模型根據(jù)實(shí)際的物理尺寸輸入?yún)?shù)，關(guān)鍵參數(shù)如下。

泵輸出流量(L/min) 30

溢流壓力（bar) 120

液壓鎖閥芯直徑（mm) 10

液壓鎖閥桿直徑（mm) 5

彈簧剛度（N/m) 50

彈簧初始?jí)毫Γ∟) 20

油缸活塞質(zhì)量（kg) 3

活塞總行程（mm) 400

油缸活塞直徑（mm) 630

油缸活塞桿直徑（mm) 320

3 動(dòng)態(tài)仿真曲線分析

圖3為電磁換向閥的信號(hào)變化曲線，圖4是阻尼孔直徑分別為?0.4、?0.6、?0.8、?1.0mm時(shí)活塞位移動(dòng)態(tài)曲線，圖5是阻尼孔直徑分別為?0.4、?0.6、?0.8、?1.0mm時(shí)活塞運(yùn)動(dòng)速度動(dòng)態(tài)曲線。

圖3 找平系統(tǒng)電磁閥控制信號(hào)

圖4 找平油缸活塞位移變化曲線

圖5 找平油缸活塞速度曲線

根據(jù)仿真結(jié)果，整個(gè)運(yùn)行行程中，找平油缸完全伸出與縮回速度變化如表1所示。

表1 油缸速度與阻尼孔徑關(guān)系

從以上曲線可以看出阻尼孔直徑改變會(huì)引起油缸運(yùn)行速度變化，曲線表面阻尼孔越大運(yùn)動(dòng)速度越慢，為了確保攤鋪機(jī)作業(yè)良好的速度與精度，因此要求時(shí)間不能太短也不能太長(zhǎng)，所以必須合理設(shè)計(jì)阻尼孔直徑尺寸，參照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)攤鋪機(jī)找平油缸升降速度，攤鋪機(jī)找平油缸升降速度在18～24mm/s較為合理。根據(jù)仿真結(jié)果阻尼孔直徑均為0.8mm時(shí)縮回速度偏慢，而阻尼孔直徑均為1.0mm時(shí)，伸出速度偏快，因此我們選擇阻尼孔直徑介于?0.8～?1.0mm之間以滿足伸縮要求。此時(shí)，對(duì)阻尼孔參數(shù)再進(jìn)行優(yōu)化，我們可以選擇阻尼孔a直徑為?0.9mm，此時(shí)，對(duì)阻尼孔b設(shè)置參數(shù)進(jìn)行仿真，曲線分別為?0.8、?0.9、?1.0mm結(jié)果如圖6～9所示。

根據(jù)仿真結(jié)果，整個(gè)運(yùn)動(dòng)行程中，找平油缸完全伸出與縮回速度變化如表2所示。

表2 油缸速度與阻尼孔徑關(guān)系

圖6 找平油缸活塞縮回位移變化曲線

圖7 找平油缸活塞伸出位移變化曲線

圖8 找平油缸活塞縮回速度曲線

圖9 找平油缸活塞伸出速度曲線

根據(jù)仿真結(jié)果阻尼孔a直徑為0.9mm時(shí)，阻尼孔b直徑在0.8mm時(shí)，縮回速度稍微處于最優(yōu)范圍外，而b孔徑0.9mm、1.0mm均能滿足要求，考慮元件設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化，阻尼孔徑0.9mm為最佳選擇。因此選擇0.9mm的阻尼孔作為最終設(shè)計(jì)值，既保證了攤鋪機(jī)找平作業(yè)的速度與精度，又確保了元件的通用性。

4 結(jié) 論

本文基于AMESim對(duì)攤鋪機(jī)找平液壓回路進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真研究，利用軟件中的液壓元件庫(kù)構(gòu)建了找平油缸活塞組件和帶阻尼孔的模型，通過(guò)改變不同阻尼孔徑進(jìn)行仿真研究，可以很直觀的看到阻尼孔直徑變化對(duì)找平動(dòng)作的影響，得出不同的速度效果。結(jié)合找平作業(yè)實(shí)際工況，確定0.9mm的阻尼孔作為最終合理設(shè)計(jì)，利用AMESim仿真對(duì)液壓回路的性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。