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1、第13卷第2期唐山高等专科学校学报Vol.13No.22000年6月JournalofTangshanPolytechnicCollegeJun.2000*汽车起重机回转机构液压系统动态仿真杨国权(唐山高等专科学校机械系,河北唐山063000)摘要从研究汽车起重机回转机构液压系统入手,利用计算机数字仿真方法分析其动态过程,对影响回转机构液压系统动态特性的主要因素进行了讨论,为回转机构液压系统的设计提供了理论依据.关键词汽车起重机;回转机构;液压系统;动态性能;仿真分析+中图分类号TP271.31文献标识码A文章编号10083529(2000)020
2、031(05)0前言随着现代液压技术的发展,对液压系统仅仅做静态特性分析和设计已经远远不够了.液压系统在工作时,经常会出现突然卸载、换向阀突然换向等问题,再加上来自系统外部及内部的干扰,所有这些因素都会破坏系统运转的原平衡状态而使系统处于动态过程,因此,对动态系统进行动态分析显得尤为重要.在汽车起重机回转机构液压系统中,回转稳定性是一个比较重要的问题.该问题是典型的液压系统由静态到动态的过程.本文以德国德马克公司1987年研制生产的HC340汽车起重机回转液压系统为例,利用状态空间法技术,对回转机构液压系统建立数学模型,并利用计算机进行了仿真实验.
3、结合仿真实验结果,对影响回转机构动态特性的主要因素进行了详细讨论.1回转摆动力学分析1.1法线方向分析某瞬间回转机构以速度V回转,采用自然轴投影形式的质点运动如图1所示,则22Vr·ksin2θ==(1)2gr2g式中,r—重物距起重机回转中心距离,θ—重物在bon平面摆角,V—重物回转速度,k—起重机回转角速度.由式(1)看出,在0°～45°范围内,回转角速度k越大,加速时间越长,摆角θ越大.1.2切线方向分析以起重机为动参考系,其受力图如图2所示.由相对运动的动能原理,有图1法线方向力系Mg(1-cosT)=MXrlsinT(2)经化简、变换得
4、收稿日期:20000404杨国权:男,1962年12月生,硕士,主要从事液压系统动态仿真及性能优化研究.·32·唐山高等专科学校学报第13卷22Xr2cosT=g-+(Xr)(3)gX—回转角加速度,X=dk/dt.由式(3)看出,回转角加速度X越大,重物摆角T越大.综上所述,起重机回转时,吊重的摆角随回转角加速度增大而增大.因此,我们在作重物摆动的动态分析时,只研究回转角加速度X在系统动态过程中的工作特性.本文拟针对k的工作特性进行研究,它包括稳定性和过度过程品质两部分.2回转机构液压系统的结构简化为了对回转机构液压系统进行数字仿真研究,首先需对
5、该系统进行合理的简化和一些假设,为建立数学模型打下基础.图3是图2切线方向力系HC340型汽车起重机回转机构液压系统原理图.从图中可以看出,它是一个阀控液压马达系统.在回转启动过程中,缓冲阀对回转动态性能影响较小,所以不予考虑.液压泵是定量齿轮泵,视其为一恒流源,并忽略流量脉动、泄漏等因素.溢流阀起安全保护作用,将其简化为一溢流液阻的影响.溢流阀的启闭特性曲线如图4所示.若忽略流量与系统压力之间的非线性关系,有∞R=Pt-Ps(4)Qh图中,R—为溢流阀液阻,P—系统压力,PS—溢流阀的开启压力,P图3回转机构液压t—溢流阀调定压力,Qh—溢流阀额
6、定流量.系统原理图图5所示为系统采用的三位四通M型正开口手动换向阀.从使用上看,具有中位卸荷及换向的作用,简化时分别将其看作卸荷阀和换向阀比较有利于动态仿真.其余元件可视为各类阻力元件.图3所示系统可简化为如图6所示.图4溢流阀启闭特性曲线图5手动换向阀3系统模型的建立本文用键合图技术来建立系统的数学模型——状态方程,建立过程详见参考文献.根据图6的结构模型绘制回转机构液压系统的功率键合图,键合图如图7所示.由图7确定回转机构液压系统状态方程如下:DP02=(SF-(P02-P08)·G06-P02·G04-P02·G03)/C02第2期杨国权:汽
7、车起重机回转机构液压系统动态仿真·33·图6简化后回转机构液压系统SF—恒流源1—溢流阀2—泄荷阀3—换向阀4—泄漏阻尼孔5—马达6—回油背压阀DP08=((P02-P08)·G06-(P08-P15)·图7系统功率键合图G15-VA·W11·I)/C08SF—恒流源C02—阀腔液容R04—溢流阀液阻R03—卸荷阀液阻R06—换向阀DP15=(VA·W11·I+(P08-P15)·G18-出口液阻C08—马达进油腔液容R18—P15·G16)/C15泄漏液阻SE—回转阻力距I11—转动惯DW11=(VA·W11·I·(P08-P15)-M12)/I
8、11量C15—马达回油腔液容R16—回油背DX11=W11压液阻TF—液压能与机械能转换器式中,DP02,DP08,DP1
