车架铆接机液压系统仿真与改进.pdf

Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 5 ． 2 0 1 2 车架铆接机液压系统仿真与改进 刘宏伟， 康 宁 北京航空航天大学 交通科学与工程学院 ， 北京 1 0 0 1 9 1 摘要 该文采用 A ME S i m仿真软件对某种车架铆接机液压系统进行仿真分析 。 仿真结果中液压泵在工进与增压转换时刻输出压力波 动剧烈 。在原系统加入蓄能器进行改进并分析蓄能器参数对 系统 的影响规律 ， 最后选取一组合理 蓄能器参数完成对仿真 系统的改进。 关键词 A ME S i m； 液压系统 ； 蓄能器 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 2 5 0 3 Th e S i mu l a t i o n a n d I mp r o v e me n t o f Ri v e t i n g Eq u i p me n t f o r Tr u c k Fr a me L ／ U Ho n g - we i ， KANGⅣ n g S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ，B e i h a n g U n i v e r s i t y ，B e i j i n g 1 0 0 1 9 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e h y d r a u l i c p r e s s u r e s y s t e m o f o n e k i n d o f riv e t i n g e q u i p me n t f o r t r u c k f r a me a s s e mb l e i s s i mu l a t e d b y AMES i m s i mu l a t i o n s o f t w a r e ．T h e o u t p u t p r e s s u r e fl u c t u a t i o n o f t h e h y d r a u l i c p u m p i s l a r g e a t t h e t i m e o f s w i t c h i n g b e t w e e n‘ g o n g j i n ’ a n d ‘ z e n g y a ’ ． T o r e d u c e p r e s s u r e fl u c t u a t i o n ， a c c u mu l a t o r i s a d d e d t o t h e o ri g i n a l h y d r a u l i c s y s t e m a n d i t s i n fl u e n c e l a w i s s t u d i e d ． At l a s t ， Th e o ri g i n a l s y s t e m i s i mp r o v e d b y s e l e c t i n g s u i t a b l e a c c u mu l a t o r p ara me t e r s ． Ke y wo r d s AME S i m ； h y d r a u l i c p r e s s u r e s y s t e m ； a c c u mu l a t o r 0 引言 某型车架铆接机液压系统中存在电磁阀突然动作 和系统内压力突然增加 ， 会对液压系统产生压力冲击 ， 导致液压泵工作条件恶劣 ， 增压缸密封损坏泄漏 ， 同时 也会引起管路振动甚至液压管路突然破裂 ．造成安全 事故 ， 影响整车装配节拍。运用 A ME S i m进行铆接机工 况仿真 ，能够直观快速地得到液压系统一系列动态参 数 ， 指导液压系统设计和改进 。 1 车架液压铆接机工作原理 该文 中液压铆接机是一种具有大流量通过能力插 装阀的液压设备 ， 铆接速度快 ， 铆接力大。现应用于某 重型车车架铆接装配。 液压系统原理图如图 1 所示 。 铆 接工况主要有 启动 趋近一增压一返程 卸荷。开机 启动后油泵处 于卸荷状态 ，按下电机启动按钮 电机启 动 ， 油液经滤油器 2进入油泵 3 ， 流经电磁溢流阀 5流 回油箱。当动铆模对准铆钉后 ， 电磁铁 Y V1 和 Y V 4同 时得电， 此时卸荷终止 ， 压力油经三位四通电液换向阀 6左腔、 到增压缸 8上腔 、 再经插装阀 1 4进入铆钳液压 缸 2 0后腔 ， 推动活塞杆伸出， 铆钳快速移动趋进铆接。 收稿 日期 2 0 1 1 - 1 1 - 2 3 作者 简介 刘宏伟 1 9 8 5 - ， 男 ， 河北 唐山人 ， 在读硕 士研究 生 。 研究方 向 为流体及液压仿真 。 当铆钳接触到铆钉后 。 压力开始升高， 当压力达到低压 力继电器 1 9调定压力时 ，电磁阀 1 1动作 ， Y V 5得电 ， 液压油 换向阀 2 5 插装阀 1 0 此时 由于电磁阀带 电， 关闭插装 阀 9 增压缸 8后腔 ， 由于上下腔面积差 产生压力差使增压器增压 ， 获得增压铆接压力 。 完成铆 接。铆钳油缸内压力达到工作压力后 ，高压继电器 1 8 动作 ， Y V1和 Y V 5失电、 Y V 2得电， 此时 YV 4也一直得 电，电液换向阀换向，液压油经高压软管进入铆钳 2 0 油缸前腔， 铆钳返 回。卸荷状态下所有阀均返 回开机状 态 ， 油流回油箱。 图 1 铆接机液压 系统原理图 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 2年 第 5期 2 基 于 A ME S i m 的液压系统模 A ME S i m液压系统仿真模型如图 2所示。 设定仿真 时间为 2 ． 2 s ， 时间间隔步长为 0 ． 0 0 5 s ， 单步仿真模式 。 仿 真模型部分参数设置如表 1 所示。 8 图 2 A ME S j m 液压系统仿真简化模型 表1 仿真模型部分参数设置 3 仿真结果分析与液压系统改进 3 ． 1仿真 结果 分析 液压泵输出压力时间曲线如图 3所示。 6 7 0 0 童 奋2。 。0 O 一 一 I I 1 分析 图 3 泵输 出压力在 0 ． 3 9 5 ～ 0 ． 4 9 5 s 突 变 ． 在 0 ． 4 s附近出现波峰 6 3 b a r ， 之后平缓上升至 6 0 ． 4 b a r 后 增压结束 ， 电磁阀换 向。由上述仿真结果可知 由于增 压电磁 阀的突然动作致使液压泵存在较大压力 冲击 ， 产生管路振动， 影响设备安全工作。 3 ． 2 仿真结果分析 蓄能器能在高压低流量蓄能 ，低压高流量时释放 能量 ，缓 冲由系统元件突然动作产生的压力冲击并吸 收液压泵压力波动。考虑选用蓄能器解决液压泵压力 波动及增压缸、 加速度冲击问题。增加如图 4所示蓄能 器， 并增加控制电磁阀和控制信号 。 ④ 图 4增 加 蓄 能器 及 控 制 元 件 的 仿真 系统 AME S i m蓄能器模型共有 3个设置参数 预充气体 压力， 气体初始压力 ， 蓄能器容积。其中气体预充压力 应小于泵输出最高压力 6 0 b a r ， 以保证蓄能器能存储 、 释放液压油。蓄能器初次接人系统时气体初始压力等 于气体预充压力。 选用 N X Q型囊式蓄能器 ，限于外形和安装尺寸 ， 蓄能器外形要尽量小。查液压设计手册蓄能器容积系 列 为 1 ． 6 L 、 2 ． 5 L 、 4 L 、 6 ． 3 L 、 1 0 L 。 选取预充压力范 围为 5 - 6 0 b a r ，列举 1 ． 6 L、 4 L 、 1 0 L 的泵输出压力 曲线如图 5 ～ 7所示 。 1 ． 6 L蓄能器泵在 5 6 0 b a r 预充压力下液压泵输出 压力时间曲线如图 5所示。 7 0 6 0 5 0 目 4 0 3 0 奋2 0 1 0 O Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ．5 ． 2 01 2 平缓 ，并且波动随预充压力升高而减小 ；预充压力在 4 5 6 0 b a r内 泵输 出压力波动随预充压力升高而增加 ， 最终接近无蓄能器的原系统泵压力输出。 4 L蓄能器泵在 5 - 6 0 b a r 预充压力下液压泵输出压 力时间曲线如图 6所示。 童 、 、 目 图 6 4 L蓄能器泵输 出压力 曲线 根据图 6可得泵输出压力规律类似图 5分析 ， 图 6 中泵输出压力 比图 5更平缓。 1 0 L蓄能器泵在 5 6 0 b a r 预充压力下液压泵输出 压力时间曲线如 图 7所示。 鲁 上 ＼ 龃 图 7 1 0L霄 能器 泵输 出压 力 曲 线 根据图 7可得预充压力在 5 4 5 b a r 内 泵输出压力 平缓 ， 并且压力波动随预充压力升高而减小 ； 预充压力 在 5 5 ～ 6 0 b a r 内泵输出压力波动随预充压力升高而增 加， 最终接近无蓄能器的原系统泵压力输出。图 7中泵 输 出压力 比图 6更平缓 。 由图 5 7可得 蓄能器能明显减小泵输出压力波 动； 泵输出压力波动在预充压力为 O p临 界 内， 压力波 动随预充压力增加而减小 ， 在 P临 界 一 6 0 b a r 内， 压力波 动随预充压力增加而增加 ； P． 界 值随蓄能器容积的增大 而增大。 铆接时间、 压力波动、 泵输出功耗等具体数据如表 2 所 示 。 由表 2数据可得 铆接时间受蓄能器预充压力和 容积影响不大 压力波动峰值与无蓄能器对 比减小幅 值非常明显 蓄能器预充压力和容积的改变对压力波 动峰值影响不大 ；泵输出功耗 随蓄能器预充压力和容 积增大而增大。 表 2具体数据 可见在此系统 中，选用较小蓄能器可以满足减小 压力波动效果 ， 并且具有较少的液压泵输出功耗 。 4结 论 通过运用 A ME s i m软件对车架铆接机液压系统进 行仿真 ， 可直观地得到系统 中各元件压力 、 流量 、 速度 、 加速度等参数 ，利用 A ME S i m后处理和批量分析功能 将各数据进行 函数变换和对 比，可提高液压系统分析 和设计效率 ， 节约成本。蓄能器能有效缓解铆接过程泵 的压力 冲击 ， 借助 A ME S i m仿真分析 ， 可方便快速地选 取合理参数值 。 参 考 文 献 [ 1 】 张萌， 张军花， 孟凡贺， 胡小 东． 二通插装 阀组成方 向阀的一般 原则及仿真分析f J 1 ． 流体传动及控制， 2 0 1 0 ， 6 ． [ 2 】 袁玉 比， 袁锐波 ， 等． 基于 A M E s i m的增压 回路仿真分析[ J ] ． 自 动控制与检测， 2 0 1 l ， 3 ． 【 3 】 任 国军， 祝凤金． 液压混 合动力车辆 中蓄能器 的参数设 计研 究[ J ] ． 液压与气 动， 2 0 1 0 ， 8 ． [ 4 ] 付永领， 祁晓野． A ME S i m系统建模 和仿真从入 门到精通【 M】 ． 北京 北京航空航天大学出版社． 2 0 0 6 ． [ 5 】 余佑官。 龚 国芳， 等． AM 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 ． [ 6 】 余锐平， 肖世耀， 罗成 辉． 基 于 AM E S i m的液压增 压缸的仿真 分析[ J ] ． 佛山陶瓷， 2 0 1 0 ， 2 ． [ 7 】 衣超， 崔晓颖． A M T液压辅件 蓄能器的仿真设计[ J ] ． 车辆与动 力技术， 2 0 1 0 ， 3 ． [ 8 】 张宪 宇， 陈小虎， 何庆飞． 基于 A ME S i m 的液 压缸故障建模 与 仿真[J ] ． 液压气动与密封， 2 0 1 1 ， 1 o ．