基于AMESim的进口节流换接调速系统的性能研究

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调速阀是液压系统中重要的控制元件，通过控制流量实现执行元件的速度和角速度的调节，其内部带有压力补偿阀，能够较好地保持进 出口压差恒定，减小负载变化对通过调速阀流量的影响，保证执行元件运动速度的稳定性。2个调速阀并联可以组成二次速度换接 回路，其功能是使执行元件从-种速度变换到另-种速度，在组合机床液压系统中应用广泛。但由于调速阀的结构特点，该回路在速度换接时常常带有很大的瞬时流量超调，会对执行元件造成液压冲击，影响液压系统的运行，因此，采用-些改进措施来限制和减小这种冲击是非常必要的。

近年来，用仿真软件对液压系统动态特性进行分析已经成为液压系统设计的-个重要手段。

AMESim是-个功能强大，集成流体、机械、电气、电磁以及控制的系统建模和仿真的高级平台，用户可以在这个平台上建立复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入分析。本文针对传统型二通调速阀，以-种常见的基金项目：天津市科技计划项目 (11ZCKFGX03700)。

- 32 - 调速阀并联进 口节流二次换接调速回路为例，通过高级仿真软件 AMESim进行建模和仿真，找出系统和主要元件的不足，分析缺陷产生的原因，并对回路进行改进，从而达到优化系统性能的目的。

1 进口节流速度换接系统的模型建立及参数设置1.1 调速阀的工作原理及分析模型的建立图 1为采用压差补偿原理的二通比例调速阀的工作原理图。该调速阀采用压力补偿阀与节流阀串联结构。压力补偿的目的是在出口压力大幅变化或进 口压力波动时，保持节流阀前后压差不变，使通过调速阀的流量基本保持不变，消除负载变化对流量的影响。

借助 AMESim下的液压元件设计库 (HCD库)在 AMESim上建立调速阀的模型。AMESim采用基于物理模型的图形化建模方式，可以由非常基础的拈构建出复杂元件的模型，避免了繁琐的数学建模，大大增强了AMESim的功能。根据图 1所示调速阀的结构及工作原理，利用 AMESim提供的液压元件库搭建调速阀的分析模型，如图2所示。

《起重运输机械》 2013(3)进口出口图 1 调速阀工作原理图l 进口L. 害图2 调速阀模型因调速阀模型的基础拈较多，接人系统会使系统较庞杂，因此创建 了-个超级元件，将已经建好的调速阀模型组件封装到超级元件中，图 3为简化后的调速阀模型。调速阀的主要结构和工作参数：左端 阀芯直径 10 mm，右端 阀芯直径15 mm，阀芯杆直径 4 mm，最大开 口量 0.7 mm，阀芯质量 0.03 kg，阻尼孔直径 0.5 mm。

图3 简化后的调速阀模型1.2 系统模型建立由于本文讨论的主要是速度转换时的调速性能，所以忽略了快进和快退的工作环节，建立的系统模型如图4。二次换接调速系统参数设置：电机转速 1 000 r/min，泵的排量 35 mL/r，溢流阀调定压力 7 MPa，调速阀 1额定流量 6 L/rain。调速阀2额定流量3 L/min，调速阀 1和调速阀 2的额定压降0.5 MPa，液压缸活塞直径 80 mm，活塞杆直径 55 mm，负载力 1 000 N，负载质量 200 kg。

《起重运输机械》 2013(3)1.液压泵 2.溢流阀 3.调速阀 1 4.调速阀25.换向阀 6.液压缸图4 二次换接调速系统的分析模型2 系统的仿真分析在 2 s时刻给换向阀施加-个阶跃信号，使其换向，则调速阀2接人回路，调速阀 1回路断开。

设置仿真时间为4 S，采样间隔为0.001 S，运行仿真。图5、图6分别为调速阀 1和调速阀 2的流量∩以看出，在调速阀启动和换接时，经过调速阀 1和调速阀 2的流量在很短时间内达到稳态值，但在达到稳态值之前会伴随有流量的大幅超调和反复振荡，速度换接时有很大的峰值流量。

这是因为调速阀处于断路时，其内部的压力补偿阀阀口开度为最大，当调速阀开启的瞬间，压力补偿阀的开口来不及关小，在短时间内暂时起不到控制压差的作用，使通过调速阀的瞬时流量增加 (经过调速阀的流量与其进出口压差有关)，同时液压缸产生前冲现象。图7为液压缸活塞杆的速度，它反映出在速度换接时液压缸活塞杆速度不稳定，有前冲现象。

针对速度换接时的较大流量超调现象，可以采用文献 [1]中提出的方法对其进行改进，该方法通过减小压力补偿阀初始开口量来实现平稳换接。改进后的回路如图 8所示～原回路 中的二位三通换向阀用 2个二位三通换向阀替换，并按- 33 - I图 5 调速阀 1的流量l 1llJ1g图6 调速阀2的流量1ll -------J-------II- - - - - - - - - - - J---------.- --lI----1-------l----- -------ll0 1 O 2 O 3 0 4 0时间/s图7 液压缸活塞杆速度图8所示接法连接，使调速阀2工作时，调速阀 1仍有流量通过，其阀口前后压差较大，使压力补偿阀开口较小，当换向阀换位使其接人油路工作时，可避免由于内部压力补偿阀阀口过大导致的瞬时流量超调，使速度换接平稳。图9、图10分别为新系统的调速阀 1和调速阀2的流量曲线，图11为液压缸活塞杆的速度曲线。

由图9～11可知，速度换接时 (t2 s)调速阀2的流量平稳，无较大的流量波动，换接性能得到明显改善。但由于系统工作时，流量经过 2- 34 - 图8 改进后的系统模型l ------I图9 调速阀 1的流量I I 1I I I- - - - - - - I- - - - - - -l- - - - - - 1- - - - - - -l l lr- - - - - -I- - - - - - -I- - - - - - - - - - - - - ! ! !二二--： -lT -- -I I I - - - - l- - - - - - -l- - - - - - - - - - - - -I l I - - - - L - - - - - -I- - - - - - J- - - - - - -I I l - - - - L - - - - - -I- - - - - - .J- - - - - - -l l ll l IO 1 O 2 O 3 O 4 O时间/s图 1O 调速阀2的流量个调速阀，因为调速阀的压差恒定是 以压力补偿阀阀口的压力损失为代价的，不工作 的调速阀内的压力补偿阀以设定的压差消耗-部分能量，造《起重运输机械》 2013(3)如 加 ∞ Ill lII1 l- - - - - - - - - - - - J--------------I- - - - -1-------- - - - - - - - - - - - - - - - . - . - . - . . . 1l0 l 0 2 0 3 0 4 0时间/s图 11 液压缸活塞杆速度成额外的能量损失，因此，做进-步改进，改进后的回路如图 12所示。

1.液压泵 2.溢流阀 3.压力补偿阀 4.节流阀 15.节流阀2 6.换向阀 7.液压缸图 l2 二次改进后的系统模型相对于图8所示的系统，图 12采用 2个节流阀共用-个压力补偿阀，同时保证 2个节流阀进出口的压差恒定，工作时，2个节流阀不存在分流的现象，独立工作，互不影响。系统通过换向阀6进行速度换接，与图 8所示的系统类似，在速度换接前后 ，压力补偿阀-直处于减压状态，速度换接时其开口量变化较小，从而避免了液压缸的前冲。设置在 2 s时换向阀换位，仿真时间为 4 s，进行仿真，图 13、图14分别为经过节流阀 1和节流阀2的流量，图 l5为液压缸活塞杆的速度∩以看出，速度换接性能同图 8所示的系统，但其《起重运输机械》 2013(3)回路更简单，只采用-个压力补偿阀，减小了回路的能 量损 失 ，且速 度调 节灵 活方 便，效 果更好。

J0 l 0 2 0 3 0时间/s图 13 节流阀 1的流量U 1I0 1 0 2 0 3 0时间/s图 14 节流阀2的流量lII.。

时间/s图 15 液压缸活塞杆的速度3 结论利用 AMESim对液压系统进行仿真，能够很好地反映元件及系统的性能，有助于及时发现缺陷和不足，对改进后的方案进行快速有效的验证。

仿真结果表明，改进后的回路换接速度平稳，保证了负载元件的正常工作。

- 35 - - I山.fl-咖姆 . - 。IⅢ -咖加 ∞ 加 ∞O O O O 0 O 0 O O O -.∞.Ⅲ)，世立体车库起重机旋转托盘的结构优化刘卫国 赵晓鹏 崔 敏山东科技大学机电学院 青岛 266590摘 要：为合理设计立体车库起重机旋转机构 的结构，有效解决 Ansys建模能力有限的问题，采用 Solid-Works三维软件与 Ansys结合的方式，对其结构进行有限元分析、设计。该方法充分发挥了SolidWorks快速准确建模的优势，在满足设计性能要求的前提下，根据旋转托盘的关键结构应力分析 ，设计了较合理的结构形式。

SolidWorks i维软件与 Ansys结合的建模方法不仅提高了建模速度和模型质量 ，而且简化了分析工作。

关键词：起重机旋转机构；变形分析；应力分析 ；SolidWorks；Ansys中图分类号 ：TU248.3：TH122 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001-0785(2013)03-0036-04Abstract：To properly design the structure of crane rotary mechanism for high-rise garage，and effectively resolve theproblem of limited modeling capacity of Ansys，the method combining the SolidWorks 3 D software with Ansys is employedfor the purpose of finite element analysis arid design of such structure.The method gives full play to SolidWorksS advanta-ges of rapid and accurate modeling，and designs rational structure type based on critical structural stress analysis for the ro-tary palet under the premise of meeting design requirements.The modeling method combining SolidWorks 3 D software withAnsys can not only improve the modeling speed and model quality，but also simplify the analysis process。

Keywords：crane rotary mechanism；deformation analysis；stress analysis；SolidWorks；Ansys0 引言随着国民经济的高速发展，城市建筑用地 日趋紧张而轿车保有量却直线上升。我国停车敞设的严重滞后，导致机动车违章涂，侵占道路和绿地，致使道路通行能力下降。机械式立体车库占地空间小，可最大限度地利用空间，停车安全方便，是解决城市用地紧张、缓解停车难的-个有效手段。

就平面移动式立体车库而言，其主体结构 由钢结构框架 、升降机构、小车行走机构、载车板横移机构、载车板、自动控制系统及消防系统组成。其中升降机构是平面移动式立体车库重要的部分，而旋转托盘是升降机构中起调转车头作用的关键部件，该机构可 以使存取车更方便省时，提高存取车效率。旋转托盘底部安装有 4个按圆周对称分布的滚轮，通过分别固定在起重机和旋转托盘上的齿轮传动，沿起重机上的圆形轨道滚