矿料小车驱动液压系统改进.pdf

2 0 1 3年 7月 第 4 1 卷 第 1 4期 机床与液压 MAC H1 NE T OOL HYDRAUL I CS J u 1 ． 2 0 1 3 Vo 1 ． 41 No ．1 4 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 4 ． 0 4 6 矿料小车驱动液压系统改进 李远慧 ，陈新元 ，朱学彪 武汉科技大学机械 自动化学院，湖北武汉 4 3 0 0 8 1 摘要分析矿料小车的工况及存在的问题，通过计算机仿真对原液压系统及改进后的液压系统工况进行对比，获取油 缸工作油腔中的压力变化、油缸输出速度变化趋势曲线。通过仿真分析最终确定了液压系统的改进方案 ， 改进后的机构工 作状态得到了改善。 关键词计算机仿真；矿料小车；液压系统；改进 中图分类号T H1 3 7 ． 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 4 1 3 2 2 矿料小车主要用于将堆料场的矿料送入运料耙铲 中。矿料小车工况是直线往复运动，一天 2 4 h不间 断工作，工作时间长。其驱动装置是液压传动系统 ， 采用液压油缸作为执行元件实现矿料小车的直线运 动 。 1 原驱动系统存在的问题 矿料小车原驱动液压系统的工作原理图见 图 1 。 控制回路 中采用电液换向阀 I 作为油缸 3的控制元 件 ，在控制元件 1和执行元件 3之间设置了叠加式双 溢流阀，起回路缓冲作用⋯。动力源油泵给系统回路 提供流量为 3 0 0 I fm i n的工作油液，油缸往复运动一 次的工作时间约 1 1 S 左右，往复总行程是 3 m。油缸 带动小车的运动为连续运动，油缸活塞拉动小车送 料 ，在走到行程终点时立刻换向，改变矿料小车的运 动方向，继续送料。整个驱动装置安装在大车平台 上 ，矿料小车油缸固定在大车上。驱动装置投入使用 后 ，出现了问题运动到行程终点，停止该方向的运 动，大车平台出现振动；小车换向时，小车运动不平 稳，也使大车出现振动。通过 A ME S i m建立系统模 型 。 ，进行计算机仿真，获得换 向阀阀芯换向时小 车速度及油缸压力腔压力变化 ，如图 2所示 。 仿真曲线显示 在小车停止及换向的时候 ，油缸 压力油腔压力波动很大 ，存在较大的液压冲击；同 时，小车运动速度从全速 2 7 3 m m ／ s 到 0 停止过程 和从 0到全速 2 7 3 m m ／ s 换 向过程 过程 中，速度 曲线非常陡，且变化较频繁 ，这造成了大车在矿料小 车停止和换向的过程中出现振动。大车振动会影响整 台设备的工作稳定性和使用寿命。 造成上述问题的根本原因是小车液压驱动系统采 用了电液换向阀作为油缸运动的控制元件。 电液 换 向阀 叠 加 式双溢 流 阀 油缸 图 1 矿料小车液压系统原理图 0． 30 0 ． 2 5 0 ． 2 0 0 1 5 O ． 1 0 0 ． 0 5 O． O0 a 油缸工作腔压力曲线 b 矿料小车运动速度曲线 图2 原系统工作的仿真曲线 2 系统改进方案分析 经分析 ，原有系统出现 问题 的原 因是液压系统控 制元件选择不当。电液换向阀换向时间极短，只有几 十毫秒 ，当电液换向阀换向时，换向阀的阀口开口度 变化是从全开 口到零 开 口 阀芯 回中位 、从零 开 口 到全开 口 阀芯到工作 位 。由于该 系统 的系统 流量 很大，达到3 0 0 L ／ ra i n ，当换 向阀阀芯换向时，在阀 口处大量油液发 生运动改变 ，就导致 了上述油缸工作 腔压力波动大、液压冲击及小车速度变化急剧 的现 象 。 因此 ，解 决 上 述 问 题 的办 法 就 是 换 用 控 制 元 收稿日期2 0 1 2 0 5 2 4 作者简介李远慧 1 9 7 5 一 ，女，硕士，讲师，研究方向为机电液一体化系统设计与仿真、智能控制。E md1 i y u a n h u i w u s t ． e d u ． o r l 。 第 1 4期 李远慧 等 矿料小车驱动液压系统改进 1 3 3 件。所需要的控制元件在控制阀芯换 向时 ，阀 口的 开 口度 变化 必 须是 在 较 长 的 时 间 内较 缓 慢 的 变化 ， 减缓阀口变化带来的油液运动改变 ，使油缸工作油 腔压力波动减小，同时使变化过程中小车运动速度 变化平缓。能够实现这一控制功能的元件有 比例换 向阀和伺服阀。考虑整个装置的使用环境是在矿料 厂 ，环境较为恶劣 ，所以采用耐污能力较强的比例 换 向 阀。 将控制回路的控制元件改用为比例换向阀 ，建 立 A M E S i m模 型 ，重新对系统 的油 缸工作 腔压力 和小车运动速度进行仿真。比例换 向阀阀芯换 向时， 仿真曲线如图3所示。 t l s a 油缸工作腔压力曲线 0． 30 0 ． 2 5 0 ． 2 0 0 1 5 0． 10 0． 05 0 ． 0 0 0 ． 0 1 ． 0 2 ． 0 3 ． 0 4 ． 0 5 ． 0 t ／ s b 矿 料 小 车运 动速 度 曲线 图3 改进后系统工作的仿真曲线 图3的仿真曲线显示 相对于原系统，比例阀阀 芯换 向时，油缸压力油腔压力波动较小 ，液压冲击较 小；同时，在停止过程和换向过程中，小车运动速度 变化 曲线较为平缓 。说 明系统换 用新 的控制 元件后 ， 矿料小车的工况得到了改善。 3结论 对矿料小车驱动装置的系统 回路进行改进 ，选用 比例换向阀作为控制回路的控制元件。实践表明该 系统回路消除了原系统工作 的振动，矿料小车启动、 制动 、换 向与运行平稳 ，满足设备对驱动装置的工况 要求 。 参考文献 【 1 】陈奎生． 液压与气压传动[ M] ． 武汉 武汉理工大学出版 社 ， 2 0 0 1 ． 【 2 】付永领． A M E S I M系统建模和仿真[ M] ． 北京 北京航空 航天大学出版社， 2 0 0 6 ． 【 3 】 余佑官， 龚国芳， 胡国良 A M E S i m仿真技术及其在液压 系统中的应用[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 5 3 2 83 0 ． 【 4 】 R e x r o t h比 例阀元件样本 ， 2 0 0 5 ． 【 5 】 刘小初， 叶正茂， 韩俊伟 ， 等． 基于 A M E S i m软件的三级 电液伺 服阀建模 与仿真 [ J ] ． 机床 与液压 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 1 1 3 51 3 6 ， 1 4 9 ． 【 6 】 朱学彪， 陈奎生． 对于三级电液伺服阀的新型仿真与研 究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 2 9 79 8 ． 上接第 1 5 1页 3 ． 2变形改装方法 图7 变形改装后的集成块式液压系统原理图 仍以上述机床液压系统为例，变形改装的目的是 改变液压系统的管路结构，而不改变元件。改变原系 统中管道式的管路结构，采用集成块式的管路结构， 这样可以大大缩短管道 的长度 ，减少系统的能量损 失，提高元件的集成度。图7为变形改装后的集成块 式液压系统原 理图 各液压元 件序号 与原 系统相 同 。 4 结束语 机床是企业的大型基础设备 ，使用周期很长，过 早的淘汰设备会造成不必要的经济损失。改装一台机 床所需费用比重新购置新机床要少得多，能为企业节 约大量的资金 ，所以企业的机床设备液压系统改装有 着重要 的现实意义 。 参考文献 【 1 】雷天觉． 液压工程手册[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 99 0． 【 2 】成大先． 机械设计手册单行本液压传动[ M] ． 北京 化学 工业出版社， 2 0 0 4 ． 【 3 】陆望龙． 液压系统使用与维修手册[ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 8 ． 【 4 】张利平． 液压气动速查手册[ M] ． 北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 7 ． 【 5 】 朱齐平． 进口工程机械使用维修手册[ M ] ． 沈阳 辽宁科 学技术 出版社 ， 2 0 0 1 ． 【 6 】 齐文杰． 液压设备故障诊断分析[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 1 9 9 0 ． 【 7 】 孙兵． 气液动控制技术[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 8 ．