分析汽车起重机变幅机构液压系统的动态特性研究

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学兔兔www.xuetutu.com第2期(总第171期)机械工程与自动化No．22012年4月MECHANICALENGINEERlNG＆AUTOMATIONApf．文章编号：1672·6413(2012)02．0058—03汽车起重机变幅机构液压系统的动态特性研究姚俊威，卫良保(太原科技大学。山西太原030024)摘要：分析了汽车起重机变幅机构液压系统的结构及工作原理，运用功率键合图理论建立了汽车起重机变幅机构液压系统的功率键合图模型，并转化为控制工程领域的方块图．建立了动态模型，从而得到了系统的动态特性。运用MATLAB／Simulink工具箱对系统进行仿真，研究响应对整个系统的影响。关键词：起重机；变幅机构；控制回路；键合图；方块图中豳分类号：TP271．31：TH213．6文献标识码：A0引言2建立变幅机构液压系统控制回路的功率键合图模型液压缸变幅是伸缩臂起重机最有代表性的变幅形采用功率键合图理论建立该液压系统的模型。功式，属于俯仰臂架式变幅机构。在俯仰臂架式变幅机率键合图是用图形方式来描述系统中各元件间关系的构中，幅度改变是靠动臂在垂直平面内绕其内销轴转一种建模工具，它能反映出元件间的负载效应及系统动和动臂俯仰来实现的，它被广泛应用于汽车起重机。中功率流动情况，还能反映出系统动态特性的有关信起重机的变幅过程分为升臂、落臂、停臂3种情况，采息。键合图模型可以方便地转化为在控制工程领域中用油路来保证这3种变幅动作安全可靠地进行。起重用来表示信号流的方块图，而对于方块图既可以使用机的变幅伸缩油路中装有平衡阀或者限速锁，用来保现有的控制理论去求解，又可以使用Simulink工具箱持平稳的变幅速度，防止因自重或非操作的外力作用去仿真，这样就省去了人工推导系统方程和解耦的麻而导致各机构运动失控，或因液压软管突然破裂而使烦，方便且不易出错。起重臂跌落，并能保证各机构在任意位置停止。平衡阀与限速锁的工作原理相同。因此，对汽车起重机变幅机构液压系统的动态特性进行研究非常重要。I汽车起重机变幅机构液压系统的结构及工作原理5图1为汽车起重机变幅机构液压系统原理图。当换向阀位于中位时，压力油经换向阀回到油箱，变幅液压缸的左右两腔通路被堵死，这时起重臂停留在某个1一油箱；2一{便压泵；3一变幅液压缸，位置保持不动；当换向阀阀杆处于右位时，压力油经换4一溢流阀I5一换向阀I6一平衡阀向阀打开单向阀，进入变幅液压缸的无杆腔，推动活塞图1变幅机构液压系统原理向左运动，有杆腔液压油经换向阀流回油箱，此时变幅图2为功率键的一般形式。功率键用一直线表液压缸伸长，起重臂起升；当换向阀位于左位时，液压示，其上的半箭头表示功率的流向，构成功率的两个变油经换向阀进入液压缸的有杆腔，同时液压油顶开平量e和，可以分写在直线段的两侧，其中P为势变量，衡阀的压力弹簧，使无杆腔的液压油经平衡阀流回油厂为流变量。e和厂是势变量和流变量的通用符号，箱，此时变幅液压缸缩短，起重臂下落，运动到合适位在具体的机械和液压的功率中，可以分别是机械作用置再将平衡阀移到中位，就可以使起重臂停留在该位力F和速度、液体压力P和液体流量q。各功率键置不动。之间的联系按其在系统中的相互关系和作用，可以有收稿日期：2011—11—17}修回日期2011—11—27作者简介t姚俊威(1984一)，男，河南开封人，在读硕士研究生，研究方向为重大技术装备机械设计方法。 学兔兔www.xuetutu.com2012年第2期姚俊威。等：汽车起重机变幅机构液压系统的动态特性研究·59‘0节点和l节点。0节点相当于并联电路中的节点，即分别为容性元、惯性元和阻性元，S为传递函数中的参该节点上输入输出流量的代数和为零；1节点相当于量，TF表示能量变换器，m表示变换器的模数，GY表一个串联电路，即该节点压力值的代数和为零。示旋转器，·r=P。，，】／r=厂2；容性元的计算阻抗是要建立键合图模型，就需要对系统进行必要的简1／(CS)，惯性元的计算阻抗是JS。化和假设。此处考虑的因素有阀的弹簧柔度、阀芯质在建立复杂系统的模型与系统仿真时，一般采用量、阀口液阻、阻尼孔液阻和阀芯底部控制油压力等，自上而下的建模方法：首先建立复杂系统中每个功能同时考虑泵的泄漏液阻、管道液容等；而油泵的泄漏、模块，然后根据变幅机构液压系统的特点把这些功能一般管道的分布参数效应以及油缸的外泄漏都可以不模块有机地结合起来，从而建立起整个系统的模型，再予考虑。以汽车起重机变幅机构液压系统缩进工况为把变幅机构的参数带人各子系统中组合成总系统仿真研究对象，根据其实际工作情况，结合功率键合图理模块。根据这种方法，其对应的方块图如图4所示。论，考虑必要的因素，得到汽车起重机变幅机构液压系表1方块图单元与键合图单元的对应关系统缩进工况的功率键合图，如图3所示。键图元方块图元键图元方块图元哼—]冠而『卜-哼c』c’广西-1_上f0—’fi图2功率键的一般形式elf3e3?e2黼．．^T1隔一—0316Le3f3le31三TF!．!．广]．T悝{^-’-f2』詹RTF＆直．rGY—1／rrjG^r6三^r。。‘16IFj；6图3变幅机构液压系统功率键合图图3中各实义键合图元定义如下：S，为液压泵理一论流量；Rz为溢流阀液阻；R为手动换向阀液阻；G为液压缸有杆腔到手动换向阀及平衡阀的综合液容；c1。：：为平衡阀弹簧柔度；J为平衡阀芯当量质量；。为平衡一I．阀复位弹簧预紧力；。为液压缸承受的外载荷；J为液压缸活塞当量质量；Rs为液压缸内泄漏阻力及摩擦阻圈4燹幅机构液压系统方块图力；C1。为液压缸到平衡阀的液容；R：。为平衡阀液阻；尺。4数字仿真为手动换向阀液阻；S为回油压力；TF为能量变换器。选择液压缸开始负重缩进时刻进行仿真，通过仿3绘制方块图真得到相应的仿真结果，图5为平衡阀阀芯位移曲线。结合功率键合图的液压动态仿真中，一般根据功由图5可以看出，阀芯运动前期有些波动，后期比较平率键合图推导状态方程，再通过状态方程进行数字仿稳，大约经过1s便稳定在30mm左右。真。但对于复杂系统，因为参数较多，推导状态方程较复杂，且容易出错。此时，可利用MATLAB／Simulink工具箱，将功率键合图转化成控制工程领域的方块图，从而省去了人工推导状态方程的繁琐。方块图是一种信号流图，每一个单元的输入与输出的关系反映的是势与流之间的对应关系；而键合图是功率流图，所有的键都包含了势和流之间的双重关系，按照这些对应关系，每个指定了因果关系的键合图元都有一种方块图单元与之对应。其对应关系如表1所示。t／s表1中，和厂分别为势变量和流变量，C、J和R图5平衡阀阀芯位移曲线 学兔兔www.xuetutu.com·6O·机械工程与自动化2012年第2期图6、图7分别为液压缸有杆腔、无杆腔压力曲线。由于是负重缩进回路，因此液压缸无杆腔和有杆腔的压力不同，无杆腔的压力大于有杆腔压力，仿真结果与变幅机构负重缩进的特点基本相符。根据仿真结果，系统在1S左右能够达到平衡，平衡阀芯位移不太大，随时间的变化位移逐渐达到特定值，整个过程基本平稳，可见该起重机变幅机构液压系统的稳定性较好。如果要提高该液压系统的稳定性，还需要进一步的优化，可以考虑通过改变系统背压、优化变幅主阀回油口、改变阻尼孔大小等方式达到改良效果。tls图6液压缸有杆腔压力曲线参考文献：[1]李永堂，雷步芳，高雨茁．液压系统建模与仿真[M]．北京：冶金工业出版社，2003．[2]刘能宏，田树军．液压系统动态特性数字仿真[M]．大连：大连理工大学出版社，1993．[3]王欣，宋晓光，薛林．基于MATLAB／Simulink的键合图在液压系统动态仿真中的应用[J]。机床与液压，2007(6)：123-124．[4]黄洪祖，祖旭，张旭．基于MATLAB／Simulink的键合图仿真[J]．大连理工大学学报，2003，43(5)：632—635．tls[5]徐灏．机械设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1992．图7液压缸无杆腔压力曲线DynamicResponseofHydraulicSystemofCraneJibLubbingMechanismYAOJun-wei，WEILian~bao(TaiyuanUniversityofScienceandTechnology，Taiyuan030024’China)Abstract：Thestructureandoperatingprincipleofthehydraulicsystemofacranejiblubbingmechanismwereanalyzed．Withthetheoryofbondgraph，thepowerbondgraphmodelofthehydrauliccircuitwasestablished，andtranslatedintotheblockchart．Thedynamicmodelofthesystemwassetup，andthedynamicresponseofthesystemwasobtained．MATLAB／SimulinkwasusedtOsimulateandanalyzetheinfluenceofthedynamicresponseonthehydrauliccircuit．Keywords：crane；jiblubbingmechanism；controlcircuit；bondgraph；blockchart(上接第57页)SimulationResearchofRadiographicImageEnhancementTechnologyCHENYaII(SchoolofInformationandCommunicationEngineering，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China)Abstract：ImageenhancementiswidelyappliedtObiomedicine，nondestructivetesting，satelliteremotesensingandotherfields．Especiallyforthelowcontrastradiographicimages，usuallytherearesomedisadvantagessuchasthelocalareaimagedoesnotshowastrikingcontrast．InordertOimprovetheclearnessoflOWcontrastradiographicimages，inthispaperweproposedanewenhancementalgorithmwhichcombinedglobaladaptiveequalizationwithlocaldynamicenhancement，thenwesimulatedthisenhancementalgorithm．ThenewmethodwillnotonlyeffectivelyincreasetheglobalcontrastoflOWcontrastradiographicimages，butalsointensifylocaldetails，havinggreatreferencevaluetOtheothergrayscaleimages．Keywords：imageenhancement；adaptiveequalization；localdynamicalenha【ncement