大型履带式起重机卷扬液压系统的动态特性研究

发布时间：2019-02-15 05:12

【摘要】：卷扬系统是履带式起重机最重要的系统之一,目前国内外的大型履带式起重机普遍采用全液压驱动形式,因此卷扬液压系统工作性能的优劣对整机的可靠性与安全性有着至关重要的影响作用,因而改善起重机卷扬系统的工作性能便显得尤为重要。卷扬系统在重物下放的过程中因负载拖动马达转动,马达存在失速的问题,因此,如何实现重物的平稳、高效以及精确地下放控制是卷扬液压系统技术的关键所在。按液压系统中工作液体循环方式的不同,可将卷扬液压系统分为开式和闭式两种系统。以上两种系统在重物下放的工况中,均存在易产生压力冲击、系统动态性能在不同工况下存在差异性等问题。无论采用何种系统,若想实现卷扬系统工作稳定、响应快、微动性好的设计目标,必须要对液压系统的动态特性进行深入地研究,也只有全面了解多种工况下的系统动态响应特性,才能对系统的各种参数进行合理的匹配、优化系统的动态响应。而当前,国内对于起重机液压系统的参数匹配以及元件的选型工作,都是采用经验公式及类比的方法,并且对液压系统的设计计算多以静态计算为主,对系统动态特性的研究工作尚处于起步阶段。本文结合校企合作项目“移动式起重机液压系统设计管理平台的开发”,对广泛应用在大型履带式起重机上的开式卷扬液压系统的动态特性展开研究。以目前该系统存在较多的低频压力脉动现象为切入点,基于AMESim (Advanced Modeling Environment for Simulations of engineering systems)软件仿真平台建立了复杂卷扬液压回路的HCD (Hydraulic Component Design)模型,采用传递函数法、动态仿真分析与试验分析并行的研究方法对影响卷扬液压系统稳定性的诸多因素以及相关因素间的耦合关系进行了研究。主要工作有： (1)分别对开式和闭式卷扬液压系统的工作原理、特点进行了分析；阐述了大型履带式起重机卷扬液压系统中存在较多的压力脉动现象,并以此为出发点对开式卷扬液压系统的动态特性展开研究。 (2)基于传递函数法建立了液控先导式平衡阀、恒压变量马达系统的数学模型。通过对平衡阀传递函数的分析得知：主阀芯采用线性开口形式、减小入口处阻尼直径和减小控制活塞无杆腔面积均能够增加系统的稳定性。通过对恒压变量马达系统传递函数的分析得知,马达的初始排量、初始负载压降、液压容腔体积等均会对系统的稳定性产生影响。马达排量设定为最小值时系统的稳定性最差,增加马达初始最小排量与工作压力的乘积有利于增加系统的稳定域。 (3)采用元件级建模方式,建立了卷扬液压系统的HCD模型。结合典型工况,在AMESim仿真平台上实现了卷扬液压系统抖动问题的故障再现,并分析了抖动现象产生的原因；结合动态仿真,研究了平衡阀主阀芯开口形式、平衡阀控制端阻尼匹配形式、压力切断阀、马达变量控制机构等因素与系统动态特性间的关系。仿真结果验证了理论分析的正确性,同时指出压力切断阀的开启动作会引起系统的压力冲击,平衡阀主阀芯在2/3行程内采用线性小增益的开口形式并适当地减小控制端阻尼孔直径有利于增加系统稳定性。 (4)为满足履带式起重机工作环境恶劣、运行工况复杂多变的需求,提出了以系统稳定性为基础、提高工作效率为目标的优化解决方案,以改善所研究的大型履带式起重机在复杂工况下的稳定性与可靠性,并在多种工况下对优化方案的可行性进行了仿真验证。 (5)设计了卷扬液压系统动态性能试验的测试方案,并经行相关样机进行试验测试。分别对平衡阀控制端采用不同阻尼匹配形式下的系统瞬态响应特性、平衡阀控制端滤波性能以及系统稳定性的差异进行了测试；对恒压变量马达进行了相关试验研究,分别测试了不同压力切断值、不同最小排量下的系统动态特性。试验结果与仿真结果相似度较高,验证了仿真模型及相关理论分析的正确性。 (6)将基于AMESim仿真平台所提出的系统动态特性的优化方案应用到样机上,并经行试验测试,测试结果表明采用本文所提出的优化方案后,卷扬液压系统的稳定性能够得到很大的提升,同时又较好地保证了系统的工作效率。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH213.7

【引证文献】