改进前后的云梯车液压系统的仿真实验及其对比     广州南沙云梯车出租,  广州云梯车出租,  南沙云梯车出租       云梯车液压系统的回路有很多类型，忽略制动回路对整体影响，以起升回路的问题分析为主，把液压系统的平衡阀部分改变之后便可以得到新型原理图。对上述液压系统进行分析，可以得到以下结论：三位四通换向阀位于最右端时，液压泵输出的液压油经过三位四通换向阀进入普通平衡阀开启单向阀，流进液压缸之中，这是系统起升时的情况。三位四通换向阀位于中间时，此时的液压泵为卸荷状态，负载重物则为静止整个系统停止工作，液压油则通过液压泵全部流回油箱。这是起升机构静止时的情况。三位四通换向阀位于最左端时，回路中的液压油通过平衡阀中的顺序阀回油，负载重物则通过自身的重力与平衡阀产生的背压压力而下降，这便是起升机构下降时的情况。通过上述原理可知：在负载上升的阶段并没有功率的浪费，因为液压泵输出压力全部用于负载上升。可是相反在负载下行过程当中，因为平衡阀的敏感度过低，它不会随着负载的增加减少而及时产生相应的变化，而是永远维持在设定的恒定值，即整体系统能够承受最大的负载重力的值，因此当负载的重量达不到额定值时，它自身的重力则远远不达能克服平衡阀的设置背压，这导致需要液压泵额外输出压力来辅助克服。这就导致了在负载远远不满载运行时会产生很大能量损耗的弊端。

     本文提出的新型负载敏感平衡阀的敏感度较高，将这种新型平衡阀运用于原来的液压系统当中，可以使得液压泵的输出压力所做的功完全被利用，这便可使得很大一部分的能量被节约出来。改进前后起升机构液压系统的工作原理相似起升工况也相似，唯一不同在于下降工况，这是由负载敏感平衡阀的特点所导致的。

     改进前后两种平衡回路的分析,   普通平衡回路工程当中，许多设计液压系统的机电设备的执行机构都是顺着其垂直方向运动的，因此，设备的液压系统无论工作与否，执行机构过大的负载重力始终会对它们造成一定的影响。所以，如果没有相应的措施将负载的自重平衡，就很有可能造成设备执行元件下滑或者操作失控等严重的后果。平衡回路的作用在于使得系统中各个元件的回油路上随时拥有一定的背压压力，其作用是平衡系统中负载重力对执行元件的压力，使它们不会因为自重而导致失控，从而保证整个系统的安全平稳性。因此，液压系统的平衡回路在很多需要垂直运动的工程机械中十分常见。平衡回路在工作过程当中，负载有上升、静止、下降三种运动状态，在静止过程当中要求负载的平稳性要好，在负载下降过程当中，要保证匀速安全下降，则需要满足以下方程：FKxdtdxBdtxdmAp,   其中：px液压缸活塞的位移35A液压缸活塞面积1p活塞下端的压强m负载与活塞的总质量B阀活塞与负载的粘性阻尼系数K阀的弹簧刚度系数F作用在活塞上的力平衡回路有很多种，本章暂且采用了单向顺序阀平衡回路，背压值的大小通过顺序阀来改变，一般将单向顺序阀的额定压力调节到与负载重量的大小相同，使液压缸产生与负载大小相对适应的背压，保证负载匀速安全下降，以防止危险事故的发生。这个传统的液压回路适用于垂直运动的机构,且在负载一般不变的情况下，因为，对于负载可变机构，如随车云梯车，如果仍旧使用这个平衡回路，必须按负载最大值设置背压，如此一来，在不满载的情况下，负载下降过程中就无法只利用重物的重力势能，反而需要液压油在液压缸上行额外的施加压力做工，来促使负载下降，这样就造成了能量的无故浪费。液压缸活塞面积px为定值，那么在压强1P不变的情况下，等式左端为恒定值不变。当负载不满载时，负载重力加上活塞自重的总质量m减小，活塞与负载之间的粘性阻尼系数B，阀的弹簧刚度系数K保持不变，如果要使等式继续成立，则作用在活塞上的力F必定增大，则液压油做的功：pFxW   就是造成能量损失的根源。

    负载敏感平衡回路,   随车云梯车的负载敏感平衡回路，可分为很多种，我们以负载敏感平衡回路为基础作分析，此系统是由多路阀、定量泵、三通补偿阀和卸荷阀组成的，其中，液压泵与三通补偿阀并联。由于三通补偿阀阀芯弹簧的柔软度非常高，并且在整个系统运行过程中阀芯的位移始终很小可忽略不计，因此整个阀芯的弹簧弹力可视为1F，一个固定值，所以当三通补偿阀的阀芯静止时平衡方程.   通过分析可知，多路阀的进出口处的压力差，基本保持恒定，该压力差基本为定值，与液压泵的输出流量大小无关，换而言之，液压泵输出压力差永远比系统的最大负载压力大。当平衡回路整体处在卸荷状态时，多路阀处在中间位置时，A处没有压力，二通卸荷阀7此时为打开状态，此时液压泵的输出液压油在低压下流回油箱。当多路阀正常工作时，A出的压力达到系统的最大值，此时二通卸荷阀为关闭状态，三通补偿阀在系统压力的作用下开启溢流，此时液压泵的输出压力差比系统的最大负载压力大。系统正常运行时，液压油流过多路阀的流量Q符合以下的节流方程：PKSPQaS：Q液压油多路阀的流量K为常数，2aK1S多路阀的过流面积a常数，压力差.    液压油密度.   由上述公式可知，通过多路阀的流量仅与1S有关，与负载的压力大小无关。所以当负载不满载产生的背压不足时，并没有功率损耗问题。

    起升机构液压系统AMESim模型搭建,   液压泵的选择大吨位折臂式随车云梯车的重量约为20t，本文以它的液压系统作为研究对象，根据书本上提供的计算公式计算伸缩臂液压系统液压泵的参数，以供选择。（1）液压泵转速rnmin/1500(4-5).   （2）液压泵的最大流量qnV.   其中：V液压泵的排量（0.225）系统容积效率（0.9）.  n液压泵的转速.   将以上数据代入公式得：Lqmin75.30338.   （3）液压泵的最大输出功率pqP,   其中：p液压泵的最大工作压力（40）q液压泵的最大流量。将以上数据代入公式得P5.202kW总结上述得出的结论，选取液压泵为斜轴式轴向柱塞泵型号为A7V225，额定转速为1500revmin，额定排量为225rml。

  

    模型搭建根据上一节对起升机构液压系统的介绍，直接搭建利用液压仿真软件AMESim来搭建模型，按照上一章介绍的软件仿真步骤，便可以建立好整个液压系统模型，改进前后两种液压系统以及起升机构液压系统超级元件简化图.    两个系统的模型除了平衡阀部分不同，其他元件基本相同，再建立好系统模型之后，需要特别强调一点的是必须在草图中加入液压油模型，否则系统将无法仿真运行。

   仿真相关参数计算,  研究对象为折臂式随车云梯车的液压系统，下面根据文献53中的部分公式来计算AMESim仿真所需要的参数。（1）液压缸的确定在液压缸的整个下降过程当中，设缸的内径为D，活塞直径为d，缸内部工作压力为28Mp，执行元件被压估计值可知该系统的背压可忽略，则可以得出以下公式：cmGPdD.    ：cm液压缸机械效率（0.96）.  G额定最大载重量（20t)P.  液压缸的工作压力为（28Mp）Dd7.0/，则通过计算可得mmD136mmd95。（2）平衡阀的背压值液压缸内油压的作用面积的计算公式：4122A.    根据刚刚计算出mmD136与mmd95可得27434mmA，再根据公式:AGP可得MpaP9.261,  即该系统参数平衡阀的背压值为9.26Mpa。

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   起升机构液压系统的仿真对比:   参数设置建立好两个系统的模型并计算好相关参数之后，直接点击第二个图标子模型模式，系统会自动给所有没有子模型的元件分配子模型，然后点击图标进入参数模式，按照前面所有计算的参数对模型中的单向阀、顺序阀、可变节流孔等所有参数进行设置。液压泵则按照上述得出的参数设置，最后按照云梯车的实际工作状态对换向阀进行对应的参数设置，目的是为了保证工作中在换向阀处不会造成流量损失等情况。把两个系统参数全部设置好后进入仿真模式，设置整个仿真起始时刻为0，终止时刻为10s，打印间隔为0.1s，然后点击按钮启动仿真。其中云梯车的负载是按照荷载为20t的大吨位折臂式随车云梯车重物为满载的十分之一的情况设定的，从而比较两液压系统在负载下降工作过程中能耗的多少。

     在仿真的整个过程当中，液压系统为定量泵，即流量为定值。其中，泵输出功率的表达式为：qpP(,   其中：P—定量泵的输出功率.  p—定量泵的输出压力q—定量泵的固定流量节约功率表达式为：P—节约的功率,  1P—改进前泵的输出功率,  2P—改进后泵的输出功率.    本文以20t满载的云梯车液压系统作为研究对象，两种系统在起升阶段负载不变的情况下输出压力基本相同，现在重点研究下降阶段，若是满载时，两种系统的输出压力几乎相同，所消耗功率也相同。但若是在不满载的情况下，如负载为满载的十分之一重量为2t时，用AMESim软件仿真运行后分别得出改进前后液压泵的输出压力曲线图。液压泵的流量为恒定值min150L。在负载重物下降过程中，原液压系统泵的输出压力为848bar，则根据公式（5-7）可以计算出原液压系统泵的输出功率大小为KWP6.2121。在负载重物下降过程中，改进后液压系统泵的输出压力为213bar，则根据公式（4-11）可以计算出泵的输出功率为KWP4.532。把改进前后两种系统液压泵的输出压力放在同一张图中更加能表现出在同等情况下泵的压力分别随时间变化的曲线图。比较两液压系统的功率损失，可以得出改进后液压系统比原液压系统节约的功率百分比为P%8.74.    当负载重物为满载的十分之一时，负载重物下降过程，即图中2~10s内，改进后液压系统的输出功率比原液压系统的输出功率减少了近74.8%。通过以上仿真得出的数据，以及带入公式计算分析比较可得出：在负载远远不满载的情况下，改进后泵的输出功率大大降低。这就证明，在云梯车工作时负载下降的工况当中，新型负载敏感平衡阀系统无论负载是否满载，可以自动适应调节，液压泵只需输出较小的功率便可以支撑负载安全平稳的下降，改善了以前负载小就需要液压泵额外自加压力来使之下降的现象，解决了原系统因背压值不会随着负载变化而变化从而导致的功率损耗问题，达到了本文的节能的根本目的。由此可得出，将这种新型的负载敏感平衡阀系统运用于折臂式随车云梯车当中，解决的平衡阀因敏感度低而导致过度加压功率浪费能耗增大的问题，无论负载在满载还是不满载甚至空载的情况下液压泵均能自动与之相适应而输出较小的功率，从而降低了系统的能耗，延缓了液压油因做工而发热导致零部件老化的速度，延长了其使用寿命，达到了节能目的。

     对液压系统改进前后两种起升机构的模型做了简单的介绍，通过查资料选择好了液压泵，利用AMESim软件搭建出改进前后两种系统的模型，再按照之前介绍的仿真步骤分别对改进前后两种起升机构的液压系统在设定负载仅有满载十分之一的情况下进行了仿真，得到液压泵相应的输出压力曲线图，制作出了液压泵输出功率的曲线图对比，并且按照公式计算出了节约的功率百分比。由此可得出负载敏感系统在不满载的情况下可以降低泵的输出功率，从而减少耗能，同时延缓了液压油因做工发热导致的零部件老化速度，延长了其使用寿命，实现了本文节能的初衷。

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