基于AMESim的起重机卷扬平衡阀抖动问题研究.pdf

液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期doi:10.3969/j.issn.1008-0813.2023.08.024基于AMESim的起重机卷扬平衡阀抖动问题研究李固1 2,高名乾1-2,丁卫1 2,朱庆轩1,2（1.广西中源机械有限公司，广西柳州5 0 5 0 0 7；2.广西柳工机械股份有限公司，广西柳州5 4 5 0 0 7摘要：通过对起重机卷扬平衡阀在开启关闭过程中由阀芯运动造成的抖动问题进行研究，基于AMESim仿真软件建立起重机卷扬平衡阀的仿真模型，通过仿真分析对平衡阀阀芯运动时的动态特性进行深入研究。结果表明，起重机平衡阀的内部阻尼孔参数设计对阀芯复位动作有很大影响，通过对阻尼孔参数进行优化，可有效解决起重机卷扬下降抖动问题。关键词：卷扬平衡阀；AMESim；抖动；动态特性；阻尼孔中图分类号：TH137Abstract:In this paper,the jtter problem caused by spool movement of crane winch balance valve in the process of opening and closing isstudied.Based on AMESim simulation software,the simulation model of crane winch balance valve is established.Through simulationanalysis,the dynamic characteristics of spool movement of the balance valve are deeply studied.The internal damping hole parameter design ofcrane balance valve has great influence on the reset action of the valve spool.Optimization of damping hole parameters can effectively solve theproblem of crane winch falling jitter.Key words:hoist balance valve;AMESim;jitter;dynamic characteristics;damping hole0引言起重机的吊装稳定性是其最重要的性能指标，卷扬平衡阀在起重机吊装过程中起着非常重要的作用,控制着卷扬下降的稳定性及速度，而平衡阀需要与主控阀和制动器耦合匹配应用，如果卷扬平衡阀性能匹配不好，容易造成卷扬下降抖动等问题。而目前所有的卷扬平衡阀都是靠匹配平衡阀内部阻尼孔大小，以控制阀杆运动的平稳性，实现卷扬系统的安全稳定。本研究通过对一款起重机卷扬平衡阀进行研究，并基于AMESim仿真分析研究了先导阻尼孔大小对卷收稿日期：2 0 2 2-0 7-0 1基金项目：广西科技计划项目（AB22035040）作者简介：李固（1 9 8 9-），男，湖北咸宁人，工程师，学士，主要从事液压元件开发及系统应用。122文献标志码：AResearch on Jitter Problem of Crane Winch Balance ValveLI Gul2,GAO Ming-qian-2,DING Weil-2,ZHU Qing-xuan?(1.Guangxi Zhongyuan Machinery Co.,Ltd.,Liuzhou 505007,China2.Guangxi Liugong Machinery Co.,Ltd.,Liuzhou 545007,China)文章编号：1 0 0 8-0 8 1 3(2 0 2 3)0 8-0 1 2 2-0 4Based on AMESim扬平衡阀阀芯运动造成卷扬抖动问题的影响，通过对阻尼孔参数进行优化匹配，可有效解决起重机卷扬下降抖动问题。1卷扬平衡阀的工作原理分析1.1卷扬动作工作原理如图1 所示为起重机卷扬系统原理图，由5 个液压元件组成：液压泵、主控阀模块、平衡阀模块、卷扬马达、卷扬制动器。其工作过程为驾驶员动手柄输人先导压力，控制主控阀阀杆右移，液压泵从主控阀的P口进油,通过主控阀的阀杆,从主控阀的A口输出，A口的压力和流量分流为三路,第一路通过平衡阀模块的D口控制平衡阀左移,使平衡阀打开,第二路通过平衡阀模块的梭阀从K口输出，进入卷扬制动器的有杆腔，打开卷扬制动器，第三路油液进入卷扬马达，推动卷扬马达进行转动。这时候卷扬平衡阀阀如下 3-4 2(pi-P2)(7)(8)Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023芯已经打开，卷扬马达的回油就可以通过平衡阀从主图2 中,P为B口输人的平衡阀控制压力;P2为平控阀模块进行回油，这样就实现了卷扬系统的下降衡阀阀杆右端的作用压力;P3为平衡阀阀杆左端的作动作。用压力;d，为平衡阀进口控制阻尼直径;d,为平衡阀弹腔回油控制阻尼直径;F为平衡阀阀杆右端的作用力；F为平衡阀阀杆左端的作用力。设阀杆的作用面积为 S,平衡阀弹簧刚度为K,平4衡阀运动位移为X，则平衡阀两端的作用力关系V3MHIDKC2P1.液压泵2.主控阀模块3.平衡阀模块4.卷扬马达5.卷扬制动器图1 起重机卷扬下降系统原理图1.2平衡阀下降过程中的匹配分析如图2 所示为平衡阀原理图，卷扬下降过程中的稳定性主要由平衡阀控制，当平衡阀阀杆打开速度过快，卷扬马达因为负载重力作用会一开始出现遛车，这时卷扬马达转动起来后会拉动主控阀A口压力急剧下降，又会使平衡阀阀口关小，卷扬马达转动速度又会变慢，导致卷扬马达运动速度不稳定出现抖动。平衡阀的开启是由平衡阀的D口压力P2决定的,本研究以开发的一种滑阀形式的平衡阀作为研究内容 1-2 OF=F2+KXF1P2二SP3F2=S将式(2)和式(3)代人式(1)中：P2P3+KXSSBP3=P2-KXSA在不考虑油液压缩的情况下，可考虑控制阀杆先导端流进和流出的流量一样,设流进的流量为Q1,流出的流量为Q2,阻尼孔d,的面积为A,阻尼孔d,的面积为A,则平衡阀两端的流量关系如下：(6)A2(pi-P2)PP将式(7)和式(8)代人式(6)中：2(pi-P2)14P将式(5)代入式(9)中：P2-KXSPi-P2C针对运动时的某一点进行分析时,K,S,X均为常数,而p1根据负载决定的，也可以认为常数,所以作用F1在平衡阀的压力P2 由进回油阻尼直径决定。P3P2d2V图2平衡阀原理图(1)(2)(3)(4)(5)Q1=Q2一4di2平衡阀下降系统仿真建模与实测数据BP1KP2P3P2P3P对比分析2.1仿真模型建立根据卷扬平衡阀的工作原理及应用系统的匹配。该模型包含有主泵、多路阀、平衡阀、卷扬马达、制123(9)(10)液压气动与密封/2 0 2 3 年第8 期动器、绳索机构等部分模型，如图3 所示。卷扬绳索机构d=1.0 mm,dz=0.6 mm6532d;=0.8 mm,dz=0.8 mmdi=1.0 mm,dz=0.8 mm0平衡阀powod主控阀一卷扬马达主泵图3起重机卷扬系统仿真模型2.2仿真分析根据式(1 0)的推导，平衡阀阀杆运动稳定主要由进回油2 个阻尼孔直径决定，针对仿真情况，设置3 种进回油阻尼组合进行分析，如表1 所示。表1 三种阻尼组合参数对比阻尼组合d组合10.8组合21.0组合31.0对3 种阻尼组合进行仿真分析，图4 为阀杆运动变化情况曲线，从分析对比中，可看出，组合1 抖动较严重,组合2 还有轻微抖动，组合3 的效果最好，没有抖动情况。2.3试验数据与仿真数据对比将此平衡阀装配在某型号汽车起重机上进行测试,进行P2压力的测试数据与仿真数据对比,以验证数据的有效性。此3 种组合的对比情况如下：（1）使用组合1:进口控制阻尼d,=0.8mm，回油控制阻尼d=0.8mm时，实际测试数据如图5 所示，仿真数据如图6 所示。1242图4平衡阀阀杆运动变化情况60d;=0.8 mm,d2=0.8 mm504030201000图5使用组合1 阻尼时P2压力实测曲线60dj=0.8 mm,d2=0.8 mm504030mm20d100.8000.80.64t/s24t/sW24t/s图6 使用组合1 阻尼时P2压力仿真曲线从上面对于组合1 的实测数据和仿真数据对比，可看出两者曲线吻合度较高，都是在开始时出现大幅的压力波动，在经过一段时间的震荡后才会逐步稳定，其中压力波动的幅度较大，体现在整机上就会出现大幅度的卷扬抖动。（2）使用组合2:进口控制阻尼d,=1.0mm，回油控制阻尼d=0.8mm时,实际测试数据如图7 所示，仿真数据如图8 所示。从组合2 的实测数据和仿真数据看，P2口压力波动幅度还是很大，虽然幅值与震动持续时间相较组合1有了些许改善，但还是在整机上能感受到较大的卷扬抖动，不过也体现了改动进口阻尼d对卷扬抖动是有666888101010Hydraulics Pneumatics&Seals/No.8.2023改善效果的。果上,使用组合3 的d,=1.0mm,d=0.6mm的阻尼(3）使用组合3:d,=1.0mm,d,=0.6mm时,实匹配能够解决卷扬抖动的问题。际测试数据如图9 所示，仿真数据如图1 0 所示。4540703560d,=1.0 mm,dz=0.8 mm50402:30201000图7使用组合2 阻尼时P2压力实测曲线7060504030201000图8使用组合2 阻尼时P2压力仿真曲线45403530252201510500图9使用组合3 阻尼时P压力实测曲线从组合3 的测试数据和仿真数据上都能看出,P2口压力已经没有了压力波动，在整机上也感受不到整机抖动情况。通过3 组数据的对比，实际测试曲线与仿真曲线基本吻合，可以验证仿真的有效性。且从试验和仿真结引用本文：李固，高名乾，丁卫，等.基于AMESim的起重机卷扬平衡阀抖动问题研究 J.液压气动与密封，2 0 2 3,4 3（8）：1 2 2-1 2 5.LI Gu,GAO Mingqian,DING Wei,et al.Research on Jitter Problem of Crane Winch Balance Valve Based on AMESim JJ.HydraulicsPneumatics&Seals,2023,43(8):122-125.302520151050024t/sdi=1.0 mm,d=0.8 mm2t/sd;=1.0 mm,d2=0.6 mm2t/sd=1.0 mm,dz=0.6 mm-26846464t/s10图1 0使用组合3 阻尼时P2压力仿真曲线3结论（1）对某平衡阀的液压原理进行了分析,并对抖动机理进行了说明，是由平衡阀的阀芯运动速度决定的；（2）依据平衡阀在系统上的应用情况，搭建了AMESim系统模型，通过仿真结果与试验测试数据进行对比，验证了仿真模型的准确性；810186（3）通过仿真与试验结合，找出最优的平衡阀阻尼孔匹配值，能够解决整机出现的卷扬抖动问题。参考文献1成大先.机械设计手册：第5 卷 M.第3 版.北京：化学工业出版社，1 9 9 4.2雷天觉.液压工程手册 M.北京：机械工业出版社，1 9 9 0.3蔡二朋.轮式起重机起升液压系统中阻尼对动静态特性影响的研究 D.秦皇岛：燕山大学,2 0 1 5.4胡小冬，李会妨,刘莹莹，等.平衡阀控制端阻尼对起重机10卷扬抖动影响的研究 J.液压气动与密封，2 0 2 1,4 1(12):4-7.5李桐.汽车起重机起升机构液压系统的仿真研究 D.秦皇岛：燕山大学，2 0 1 8.6王恒，尚明明，徐义程，等.平衡阀节流区阀芯的温升及热变形分析 J.机电工程,2 0 2 2,3 9(1 2)：1 6 6 2-1 6 6 9,1 6 8 5.7陈可，周惠兴，单晓微，等.起重机悬挂负载系统位置控制实验研究J.机电工程，2 0 2 3,4 0（3）：4 5 2-4 6 0.810125