基于AMESim仿真的泵车摆阀油缸系统性能分析.pdf

2023.05 建设机械技术与管理 75设计计算基于 AMESim 仿真的泵车摆阀油缸系统性能分析Performance Analysis of Pump Car Swing Valve Cylinder System Based on AMESim周智勇（山西工程科技职业大学智能制造学院，山西 太原 030619）摘要：通过 AMESim 软件搭建了泵车摇摆机构摆阀油缸的液压工作仿真模型，研究了不同的液压泵转速、液压缸活塞直径对系统性能的影响，通过调整泵的转速和活塞直径均可以实现活塞移动速度的调整。随着液压泵转速排量的增加，活塞直径的减小，液压缸活塞移动速度加快，系统能耗增加；活塞直径在40mm 情况下，系统工作压力较高，达到系统压力临界值。关键词：AMESim；摆阀油缸；仿真模型；性能分析中图分类号：TH137.1 文献标识码：A 0 引 言泵车是混凝土施工的一种重要机械，它利用压力将混凝土沿管道连续进行输送。泵车主要通过 S 管阀的换向来实现混凝土输送缸吸入和泵出混凝土，由摇摆机构摆阀油缸的左右摆动来带动换向。摇摆机构摆阀油缸液压系统一般使用的是单向定量泵，收到混凝土输送缸活塞换向信号后，S 管阀随之换向，S 管阀换向周期为恒定值，在设计过程中必须保证摆阀油缸动作速度与 S 管阀换向周期相匹配，泵的转速和液压缸的直径对于摆阀油缸动作速度的影响较大。1 摆阀油缸液压系统工作原理图摆阀机构主要由摆阀固定座、左右摆阀油缸、摇臂和摆阀卡板等组成，一般安装在料斗的后方，其结构见图 1。摆阀机构在液压油的作用下推动左右两个摆阀油缸的活塞缸，活塞缸驱动摇臂，带动 S 管阀左右摆动，实现换向。摆阀油缸的液压工作回路由泵、溢流阀、单向阀、电磁换向阀、左摆阀油缸、右摆阀油缸、蓄能器和球阀等组成，其液压工作原理图见图 2。其工作原理为，当电磁换向阀处于右位，在液压泵的驱动下高压液压油通过电磁换向阀进入左摆阀油缸的无杆腔，推动活塞缸伸出，从而推动摆臂带动 S 管阀换向。1.摆阀固定座 2.摆阀油缸 3.摇臂 4.摆缸卡板图 1图 3 AMESim 仿真模型1.单向定量泵 2.溢流阀 3.单向阀 4.电磁换向阀 5.左摆阀油缸 6.右摆阀油缸 7.蓄能器 8.球阀图 2 摆阀油缸工作原理图2 仿真模型的搭建根据摆阀油缸液压工作原理图，使用 AMESim 软件搭建摆阀油缸工作仿真模型如图 3。泵的转速为 500rev/min，排量 100cc/rev，溢流阀工作压力设定为 150bar，电磁换向阀额定工作电流 40mA，电磁换向阀的换向信号通过线性的分段信号进行模拟。液压缸活塞直径 50，初始位移 100mm，质量模型摩擦阻力设定为 5kN，粘性摩擦系数1000N/(m/s)。76建设机械技术与管理 2023.05 设计计算3 AMESim 仿真分析（1）在初始参数下，设置仿真时间 10s，步长 0.01，初始参数下得到电磁换向阀控制信号波形图、活塞位移速度曲线分别见图 4 和图 5。电磁换向阀换向周期为 5 秒，活塞平均移动速度 345mm/s。图 4 电磁换向阀控制信号图 5 活塞位移速度曲线（2）分 别 设 置 泵 转 速 为 500rev/min、400rev/min 和300rev/min，通过仿真得到泵输出端压力、活塞移动速度曲线见图 6、图 7。随着液压泵转速的升高，液压系统工作压力随之升高，液压缸活塞的移动速度加快，系统能耗增加。图 6 泵输出端压力曲线图（不同转速）图 7 活塞移动速度曲线（不同转速）（3）初始参数下，调整活塞直径分别为 50mm、45mm、40mm，通过仿真得到泵输出端压力、活塞移动速度曲线见图 8、图 9。随着活塞直径的减小，系统工作压力增大，系统能耗增加，当活塞直径为 40mm 时，4s 后工作压力会超过系统最高限制压力150bar，此时溢流阀开启卸荷；活塞直径越小，活塞移动速度越快。泵排量一定的情况下，可以通过调节活塞直径来改变活塞移动速度，满足 S 管阀的换向需要。在摆阀油缸液压系统中，应根据速度要求选择合适的液压泵和液压缸会塞直径。图 8 泵输出端压力曲线图（不同活塞直径）图 9 活塞移动速度曲线（不同活塞直径）4 结 论通过对泵车摇摆机构摆阀油缸进行仿真研究，研究了液压泵转速、液压缸活塞直径的变化对系统压力和活塞移动速度的影响。（1）在其他参数不变的情况下，随着液压泵转速的升高，系统压力增加，液压缸活塞运动速度加快。（2）随着活塞直径减小，活塞移动速度加快，系统工作压力升高，系统能耗增加。在实际工作中，换向周期确定后，可以通过调整泵的转速和液压缸活塞直径来实现活塞移动速度的调整，以满足摇摆机构摆阀油缸的换向要求。收稿日期：2023-06-16作者简介：周智勇，硕士，讲师，主要从事筑路机械及机械化施工方面研究及教学工作。