堆高车压力补偿系统的研究与仿真.pdf

第 3 0卷第 l 1 期 2 o o 9年 l 1 月 煤 矿 机 械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 1 ．3 o NO ． 1 1 NO V ． 2 o o 9 堆高车压力补偿系统的研究与仿真 纪 宪 化 。 姜伟 。 裘信 国 浙江工业大学 机械制造及 自动化教育部省部共建重点实验室 ， 杭州 3 1 0 0 1 4 摘 要 介 绍 了堆 高车 压 力补偿 系统 的工 作 原理 ，利 用 AME S i m 建 立 了压 力补偿 系统 的模 型， 设置 了模 型中的主要参数并进行动力学仿真， 分析 了仿真结果 ， 为压力补偿 系统的设计 、 参数 的选择 以及 性 能的改进提 供 了理论依 据 。 关键词 堆 高车 压 力补 偿 ； A ME S i m； 仿真 中图分 类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标 志码 A文章编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 0 9 l l一0 0 6 2 0 3 Re s e a r c h a n d S i mu l a t i o n o f P o we r Tr a k S y s t e m o f S t a c k e r J I X i a nh u a ，J I A NGWe i ，Q I UX i ng u o MO E K e y L a b o r a t o r y o f Me c h a n i c a l M a n u f a c t u r e a n d A u t o ma t i o n ， Z h e j i a n g T e c h n o l o g y U n i v e r s i t y ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 4 ， C h i n a Abs t r a c t Th e wo r k i n g t h e o ry o f p o we r t r a k s y s t e m o f s t a c k e r wa s i n t r o d u c e d． Th e p o we r t r a k s y s t e m wa s mo d e l e d i n AME S i m． a n d t h e ma i n p a r a me t e r s o f t h e mo d e l s y s t e m w e r e s e t ． T h e d y n a mi c s s i mu l a t i o n o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m wa s a c hi e v e d ，a n d t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s a r e a n a l y s e d ．S o t h e t h e o r e t i c a l b a s i s i s g i v e n f o r d e s i g n， p a r a me t e r c ho i c e a n d p e r f o r ma n c e i mp r o v e me n t o f t h e po we r t r a k s y s t e m． Ke y wo r ds s t a c k e r ；p o we r t r a k；AMES i m ；s i mu l a t i o n 0 引言 堆高车在加载行走时 ． 由于驱动轮与地面间的 附着力不够而出现驱动轮打滑的现象。压力补偿系 统是 针对这 种 现象 而设 计 的液压 系统 ， 压 力 补偿 系 统可以使驱动轮对地面的压力有明显的提高 ， 确保 堆高车拥有卓越的稳定性 以及理想的牵引力和转 向操纵力。本文采用 A ME S i m仿真软件对堆高车压 力补偿系统进行分析 、 建模和仿真研究。 1 堆高车 液压 系统及压 力补偿 系统的 工作原 理 液压传动以其优越 的特性而在各行各业得到 广泛的应用 ． 液压传动是指发动机输 出的机械能在 液压泵 中转化液压能 ， 经管道和控制阀等传输到液 压 马达 或 液压缸 ， 然 后 由液压 马 达或 液压 缸把 液 压 能转化为机械能。 堆高车的牵引力 由驱动轮提供。由于堆高车为 单轮驱动 ， 驱动轮对地面的压力由两部分组成 1 车身的 自重在驱动轮上的分力 ； 2 加载行走时载 荷在驱动轮上的分力。这两部分力的总值比较小 。 导致整机的牵引力不足 。 滑差率较大。 为 了提高牵 引力 ， 设计 了压力补偿 系统 。 如图 1 。整个车轮部分为浮动式设计 。 泵站的压力油输出 后分成了两部分 ，一部分供给了工作 系统的油缸 ， 从 表 2可 以看 出 ， 当 1 0 。 ， 钻 头危 险点 的最 大 应 力值最 小， 即 1 7 8 MP a 。在 1 0 ～ 2 5 。 内 ， 随着 的增 大 ， P D C切 削齿 的等效 应 力逐 渐增 大 ，室 内实验 结 果也 证实 了这种规 律 。 4结语 通过运用有限元分析方法对取心 P D C钻头切 削齿强度进行研究 ， 得到了齿前角 、 侧转角等主要 几何 参数对 P D C钻 头切 削齿强度 的影 响规律 。 计算 结果 表 明 ． 齿 前角 和侧 转 角 的变化 对切 削 齿强 度 的 影响显著， 为钻头的合理设计提供了依据。 参考文献 [ 1 ] 江文清 ， 吕智， 林峰 ， 等． 聚晶金刚石复合体 的主要性能研究状况 [ J ] ． 表面技术 ， 2 0 0 6， 3 5 5 6 5 ． 版社 ． 1 9 9 6 ． [ 3 ] 周思柱 ， 钟守炎． 金刚石钻头有 限元应 力分 析[ J ] ． 江汉石油学院 学报 ， 1 9 9 7 1 2 6 7 6 9 ． [ 4] 屈钧利 ， 韩江水． 工程结 构的有 限元方法[ M] ． 西 安 西北工业 大 学出版社 ． 2 0 0 4 ． [ 5 ] T e d B e l y t s c h k o ， Wi n g K a m l i u ， B r i a n Mo r a n ．N o n l i n e a r F i n i t e E l e m e n t s f o r C o n t i n u a a n d S t r u c t u r e s [ M] ． 庄 茁 ， 译． 北京 清华大 学 出版社 ． 2 0 0 2 ． [ 6 ] 马清 明， 王瑞和． P D C切削齿破岩受力的试验研 究[ J ] ． 石油大学 学报 自然科学版 ， 2 0 0 6 ， 4 2 4 5 4 7 ． [ 7 ] 杨迎新． P D C钻头切削力学研究 [ D] ． 成都 西南石油学院 ， 2 0 0 3 ． [ 8 ] 唐胜利 ， 王永 强．煤矿井 巷用 P D C锚杆钻 头的研究 [ J ] ． 探矿工 程 ， 1 9 9 9 2 2 0 2 2 ． 作者简介 刘 向东 1 9 7 8 一 ， 江苏盐城人 ， 工程师 ， 硕士研究生， 研究方 向 机械结构优化设计及有限元分析． [ 2 ] 艾池． 聚晶金刚石复合片钻头理论与实践[ M] ． 北京 石油工业出 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 4 - 2 3 6 2 第 3 O 卷第 1 1 期 堆高车压力补偿系统的研究与仿真纪宪化 ， 等 V o 1 ． 3 0 N o ． 1 l 另 一 部 分 供 给 了压 力 补 偿 油 缸 ，从 图 1中可 以看 出 ， 作 油缸 和 压力 补 偿 油缸 的入 口是相 通 的 ， 即 两油缸入 口的 力是相等的 ， 这样就可 以使压力补 偿油 缸输 } I I 的 力可 以随着 载荷 的变 化而 变化 。 油缸输 出的力通过弹簧作用在杠杆上 ， 弹簧力 通过 机械 结构 作用 在驱 动 轮上 。这种结 构 既可 以起 到增 力作 用 又可 以起 到减振 的作 用 图 1 压 力 补 偿 系 统 不 蘑 图 1 ． 机架 2 ． { 力补偿油缸 3 ． 泵站 4 ． 1 ‘ 作油龆 5 ． 驱动轮 通 过 三 点 叉状 的机 械结 构 ， 可 以很 好地 实现 力 的传 递 和驱动 轮 的悬 浮 这样 作 在驱 动轮 上 的力 除 了上 面提 到 的 2个 以外 ， 又加 _ r 一 个 由压 力补 偿 油缸 提供 的力 、 从 而 可以满 足牵 引力 的要求 。 图 2所 示 为堆高 车 I 作部 分 的液压 系统 ，定 量 液压 泵 1为整个 液压 系统 提供 压力 油 ，整个 液压 系 统 分 为倾 斜 、 提 升 、 压力 补偿 、 前 移 4个部 分 ，分 别 由阀 2 、 3 、 4控制 ，堆 高车 门架 的倾 斜 和前移 分别 由 油缸 5 、 6 、 7来完 成 ， 存 提 升部分 ， 油 缸 8和 9的 活塞 面 积 不 同 ， 实现 油 缸 8先 动 ， 9后 动 的 效 果 ， 从 而 满 足提 升高度 的要求 。 压 力 补偿油 缸 1 0的 压力油进 口 与提 升 油缸 8 、 9的进 口接 通 ， 这 样就 可以使 油 缸 l 0 作用在驱动轮上的 力随着载荷变化而变化。 倾斜油缸 提丹油∽补偿 油缸前移 图 2堆 高 车 工 作 部 分 液压 系统 1 、 8 、 9 ． 液 闷2、 3、 7、 4、 5、 6 ． 油 缸l 0、 1 2、 】 3 ， 滤 油 器 l 1 ， 油 泵 1 4 溢 流 阀 2液压 系统 的动 力学 仿真 与分 析 AMES i m是 一 个 形 化的 开发 环境 ，用 于丁程 系统 建模 、 仿真 和 动态 性 能 分析 。使 川者 完 全 可 以 应 用 集 成 的 - - 整 套 A ME S i m 应 用 库来 设 计 一 个 系 统 ．所 有 的模 型 都 经 过 严 格 地 测 试 和 实 验 验 证 ． A ME S i n 1 不 仅可 以令 使 用者 迅 速达 到建 模仿 真 的 最 终 目标 ， 而且 还 叮以分 析 干 优 化设 计 。 同时 AME S i m 具 有 与其 他 软件 包 的 丰富 接 口 ． 便 于 户使 用 它 们 进行联合仿真。 在 A ME S i m软件 中仿真时 ， 系统所有模型均被 参数化 ， 如对于液压缸 ， 从其缸径 、 活塞杆径 、 行程 、 缸两端 的非工作腔的体积 、 黏滞摩擦 因数到其所用 液 压油 类 型等 ， 都 以参 数 的形 式输 入 。在 这里 设 定 压力 补偿 油缸 的活 塞直 径 为 2 0 mm， 活 塞 杆直 径 为 1 0 m m。控 制增 益 一 3 0 0 ， 比较 值 k 4 ． 4 5 ， 弹簧 的弹 性 系数 为 6 0 0 0 N ／ m， j 位三 通 阀 的 各个 开 口的 最 大流 速为 4 L ／ mi n ， 最大 压降 为 1 0 k P a 。 由于驱动 轮 的 浮 动很小 ， 这 里 假 设驱 动 轮是 固定 不 动 的而 不 是 浮动的， 这样就 可以认为压力补偿油缸的作用力完 全 作 用在 驱动 轮上 。 仿真模型如图 3所示 ， 仿真的堆高车最大载荷为 1 ． 3 t ， 最 大提升 高度为 4 ． 4 5 m， 提升速度 为 0 ． 1 1 m ／ s 。 。 比 较 值 图 3 系 统 AMEs i m 模 型 1 液压泵2 ． 油缸 3 ． 位 通 阀 4 ． 溢流阀 5 ． 提 升油缸 6 ． 压力补 偿油缸 7 ． 弹簧 在 A ME S i m运行 模式 下 ， 设 置运行 时 间为 4 1 S ， 通信间隔为 0 ． 0 1 S ， 运行模式为动态后开始仿真。 在 A ME S i m模 型 中 以提升 油缸 活 塞 的位移 与 比较值 之 间 的差 值 作 为输 入 驱 动 j 位 三 通 阀动 作 并 保 证 堆 高 车 的提升 高度 。 通 过仿 真得 出 的主要 曲线 如 图 4 、 图 5和图 6 。 图 4是压力补偿油缸 的活塞作用力与系统压 力 ， 即弹簧作用在驱动轮上的力与系统压力之间的 关 系 ， 从 图 中可 以看 出 ， 弹簧 作 用 力 是 随着 系统 的 压 力 的变 化 而 变化 的 ． 作 用力 从 0到 稳 定 值 的 时 间 为 0 ． 8 S 。 在堆高车行走的过程中载荷的提升高度 只 有 0 ． 5 1 m， 需 要 的 时 间 为 4 ～ 5 S ， 压 力 补 偿 油 缸 输 出力 的响应 时 间完全 能够 满足 使用 要求 。 网 5为提 升 油 缸活 塞 的速 度 和 位移 曲线 ， 从 图 中可 以看 出 ， 在 开 始 的 1 S内速度 有轻 微 的振 荡 ， 这 是 由开始 时系 统 的压力 不 稳造 成 的 ，在最 后 1 S的 时间内速度缓慢下降到 0 ， 从而不会产生冲击 。 这是 输入 位三通阀的信号减弱的原冈造成的。 在 图 6中 可 以 看 到 位 i通 阀 的 各 开 口随 时 问的变化 ， 从 罔 6中可 以看 输入信号对 阀的控制 情 况 从 罔 6中可 以看 出在 系统 T作 的前 1 s阀 的 开 口不稳 定 ． 在 1 ～ 4 0 S阀 的 开 口是 稳 定 的 ， 即始 终 向系统供油， 在后 1 S 阀开 口不稳定 ， 这时泵输出的 流量一部分流入油箱 ， 另一部分 向系统供油 ， 直到 最 后泵输 出的流 量全 部流 回油 箱 。 第 3 O卷第 1 1 期 2 0 0 9年 1 1月 煤 矿 机 械 Co a l Mi ne Ma c h i n e r y Vo I _3 O No ． 1 l NO V ． 2 0 o 9 水力旋流器流场的 C F D模拟研究 曹 卫 ．方 莹 1 ． 盐城工学 院，江苏 盐城 2 2 4 0 5 1 ； 2 ． 南京工业大学 ， 南京 2 1 0 0 0 9 摘 要 采 用计 算流体 力学 C F D应 用软件 C F X1 0 ． 0对水 力旋 流器流 场进行数 值模拟 。实验运 用P r o ／ E建模 ， 选用 一 湍流模型对水力旋流器可以进行比较全面准确的数值模拟。 通过单相流数 值模 拟 实验 ， 对 水力 旋流 器 内部 不 同部 位 的流 场进行 描 述 ， 为从 理 论上 对 水 力旋 流 器进 行 结 构优 化提供 了一 条新的 途径 关键 词 水 力旋流 器 数值 模拟 流场 中图分类 号 T H1 3 7 ． 8 文献标 志码 A文章编 号 1 0 0 30 7 9 4 2 0 0 9 l 10 0 6 4 0 3 。 S t u d y o f C F D M o d e l i n g o n Fl o w F i e l d f o r Hy d r o - c y c l o n e CAO W e i 。F ANG Yi n g 1 ． Y a n c h e n g T e c h n o l o g y I n s t i t u t e ， Y a n c h e n g 2 2 4 0 5 1 ， C h i n a ； 2 ． N a n j i n g T e c h n o l o gy U n i v e r s i t y ， N a n j i n g 2 1 0 0 0 9 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e n u me r i c al s i mu l a t i o n i n t h e h y d r o c y c l o n e h a s b e e n u s e d i n C F X 1 0 ． 0 w h i c h i s a C F D i n t e r n e t a p p l i c a t i o n b y t he s i mu l a t i o n．I n t h e e x p e rime n t ．h a d a n a l l r o un d a c c ur a t e d a t a s i mu l a t i o n o f t h e h y d r o c y c l o n e b y u s i n g P r o ／ E t o b u i l d mo d e l a n d t h e k mo d e l o f t u r b u l e n c e ．De s c ri b e d t h e d i f f e r e nt f l o w fie l d s wi t hi n t he h y d r o c y c l o n e i n a c c o r d a n c e wi t h t h e o n e p h a s e s i mu l a t i o n e x p e rime n t ． w h i c h p r o v i d e s a n e w t h e o r e t i c al p e r s p e c t i v e f o r o p t i mi z e d d e s i g n o n h y d r o c y c l o n e ． Ke y wo r d s h y d r o c y c l o n e；nu me ric a l s i mu l a t i o n；flo w fie l d O引言 备 的性 能 。本 文 采用数 值 模拟 的方 法 ， 通过 对 水力 水力旋流器内部流场特性非常复杂， 流动过程 旋流器内部流体运动的深人研究 ， 弄清水力旋流器 的复杂性使得设计者只能通过经验方程来 预测设 的分级机理 ， 以便为提高水力旋流器 的分级效率和 R 出 ， 1 ． 压 力 暑 ＼ 蚓 暑 ＼ 淤 量 暑 ＼ 喧 Ⅱ 图 5 提 升 油 缸 速 度与 位 移 曲线 时间 t ／ s 图 6三位 三 通 阀 开 口 曲线 1 ． P到 A的开口面积曲线 2 ． P到 T的开 口面积曲线 开 口面积曲线 的 堆 用． 2 0 0 4 7 8 6 8 7 ． [ 2 ] 付永领 ， 祈晓野 ． AME s im 系统建模 与仿真 从入 门到精通 [ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ． 2 0 0 6 ． 『 3 ] 匡海华 ． 朱杉． 基于 Ma t l a b ／ s i mu l i n k的液压动力机 构的建模与仿 真 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 7， 2 8 3 ， 3 2 3 4 ． [ 4] 刘仕平 ， 杨 非 ， 雷金柱． 基 于 AME S i m 的工程车辆液压 悬架系统 仿真[ J ] ． 华北水利水 电学院学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 1 ， 7 4 7 7 ． 作者简介 纪宪化 1 9 8 2 一 ， 山东莒南人 ， 浙江T业大学在读硕 士， 主要从事液压传 动与控制的研究， 电子信箱 i i x i a n h u a 0 1 0 3 1 6 3 ． 3 ． A到T的 收稿 日期 2 0 0 9 0 6 1 9 ．．．． 6 4 ．．．．