论文部分内容阅读
[摘 要]汽车起重机的液压起升系统工作时普遍存在与负载的功率匹配不佳问题，从而在一定程度上影响了汽车起重机的工作效率。本文研究了该现象的关键环节为起重机在轻载或空载时，传动效率较低，功率匹配差。通过分析起升机构工作原理，找出功率损失原因，解决问题。将改进后的液压系统用AMEsim软件进行仿真分析，改进后的液压系统功率损失明显降低，得到优化结果。
[关键词]起重机；液压系统；AMEsim软件；仿真
中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0385-01
1 引言
起重机作业时，不同负载与起重机工作时会出现传动效率较低的问题。现阶段通过实验研究、仿真分析得出，传动效率问题的关键在于起重机处于轻载或者空载状况时，功率匹配和传动效率都较低，但负载加大时情况明显改善。
2液压起升机构系统分析
起升机构是为了在工作中能够起升重物，并且实现重物的升降功能，从而满足生产目的一项装置。主要由回转台、吊钩和起重臂组成。其原理图如下图2.1
1.变量泵2.液压马达3.换向阀 4.平衡阀 5.溢流阀6.减速器7.主卷筒8.制动器 9.单向节流阀
根据起升机构原理图，对其主要工作状态进行简要描述：
①提升货物状态：该状态下，换向阀3的阀芯右移，变量泵1和液压马达2接通，回路中的液体通过换向阀3流向平衡阀4，平衡阀4此时作用类似单向阀，对液压油无阻碍作用，液压油直接作用在液压马达2上。另外，液压泵1所流出的液压油经单向阀9作用在制动器8的有杆腔，当液压油的压力比弹簧的弹力大时，才会将活塞顶起，打开制动器8的闸锁，液压马达2正转，马达推力经减速器6调整后，经钢丝绳拉动卷筒7，使工件上升。
②下降货物状态：该状态下，换向阀3阀芯左移，液压油经换向阀3作用到液压马达2上，平衡阀4处于左位，而液压泵1流出的液压油会产生背压，会与平衡阀4的主阀芯中的弹簧力产生压差，使平衡阀4的主阀芯缓慢打开，进而控制液压油流量。平衡阀相当于液阻，利用液压油的流量改变压力从而改变负载的下降速度。而平衡阀是非常必要的，因为重物下落时，重力作用带动马达加速运转，会出现加速下降或液压马达失控，造成货物的损坏、设备震动的危险。
③货物静止状态：该状态下，换向阀3的阀芯位于中间，液压泵1处于卸荷状态，通过弹簧力作用的制动器 8 闸锁下降进行制动，且补油泵开始运转，作用到液压马达上，补偿马达由于内泄带来的油液损失，此时平衡阀 4 主阀芯开口关闭，防止液压马达油口出现有些泄露，此刻，重物静止在目标位置。
3液压起升系统的改进
分析2.1所述液压起升系统的工作状态，只有在下降货物时，液压泵输出压力才会有损耗。原因在于普通平衡阀背压是根据平衡最大负载的重力而设定的，故当出现实际负载远小于额定负载的时候，实际负载的重力小于普通平衡阀设定的背压，这就会造成空载或轻载工作状态时功率损失较大。因此，我们对普通平衡阀进行改进，将普通平衡阀换成灵敏度高的载荷灵敏平衡阀，使其背压可以跟随实际负载自重而进行調节，这样不论是在空载、轻载或者重载工况下，都可以拥有与之相匹配的背压，减少功率损失。
4仿真分析
分析系统后，通过更换平衡阀提高工作效率。用AMEsim软件对平衡阀进行仿真分析。图4.1和图4.2分别是更换平衡阀前后的液压系统仿真图。
建立好模型后，在AMEsim中进行仿真，系统采用的均是定量泵，输出流量固定，不会因负载变化而改变。但是，更换了新的平衡阀，会造成输出压力产生变化从而使输出功率不同，分析功率来表示能耗的损失大小。
利用AMEsim仿真分析可得三种工况下的功率计算：
（1）空载状态下：
载荷灵敏平衡阀起升机构泵的输出功率为：
普通平衡阀起升机构泵的输出功率为：
通过分析空载时，平衡阀的不同所产生工况，得出更换载荷灵敏平衡阀后液压系统节省功率为：
（2）轻载状态下：
载荷灵敏平衡阀起升机构泵的输出功率为：
普通平衡阀起升机构泵的输出功率为：
通过比较轻载时，更换平衡阀后所产生的工况比之前节省功率为：
（3）另外，重载状态下，其 。
分析计算仿真数据，可以得出在（1）（2）工况下，新换平衡阀泵的输出功率比之前小很多，而在（3）工况下，更换后的输出功率变化极小。那也就意味着，工件下降过程中，载荷灵敏平衡阀液压系统可以保证泵在输出较小功率的情况下重物平稳下降，不会造成功率过大损失的情况，改善了普通平衡阀的缺点。
5结语
通过分析液压起升系统结构，仿真分析，将普通平衡阀更换成载荷灵敏平衡阀，使得起升机构工作时会根据负载的大小自动调节输出功率，从而降低了功率损失，减少了能耗，提高了液压起升系统的利用效率，同时也保证起升机构运行稳定，为以后起重机节能设计提供一定的理论参考。
参考文献
[1]张泰，姜培刚.汽车起重机起升机构液压系统的改进[J].青岛建筑工程报，2007，（12）：96—99.
[2]齐威，苗明.汽车起重机起升机构的优化设计[J].起重运输机械.2003.
[3]贺信.汽车起重机起升系统分析与仿真[D].西安：长安大学，2011.
作者简介：马闻（1993-），男，汉族，山东枣庄人，硕士研究生在读，研究方向：机械设计及理论。
[关键词]起重机；液压系统；AMEsim软件；仿真
中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）06-0385-01
1 引言
起重机作业时，不同负载与起重机工作时会出现传动效率较低的问题。现阶段通过实验研究、仿真分析得出，传动效率问题的关键在于起重机处于轻载或者空载状况时，功率匹配和传动效率都较低，但负载加大时情况明显改善。
2液压起升机构系统分析
起升机构是为了在工作中能够起升重物，并且实现重物的升降功能，从而满足生产目的一项装置。主要由回转台、吊钩和起重臂组成。其原理图如下图2.1
1.变量泵2.液压马达3.换向阀 4.平衡阀 5.溢流阀6.减速器7.主卷筒8.制动器 9.单向节流阀
根据起升机构原理图，对其主要工作状态进行简要描述：
①提升货物状态：该状态下，换向阀3的阀芯右移，变量泵1和液压马达2接通，回路中的液体通过换向阀3流向平衡阀4，平衡阀4此时作用类似单向阀，对液压油无阻碍作用，液压油直接作用在液压马达2上。另外，液压泵1所流出的液压油经单向阀9作用在制动器8的有杆腔，当液压油的压力比弹簧的弹力大时，才会将活塞顶起，打开制动器8的闸锁，液压马达2正转，马达推力经减速器6调整后，经钢丝绳拉动卷筒7，使工件上升。
②下降货物状态：该状态下，换向阀3阀芯左移，液压油经换向阀3作用到液压马达2上，平衡阀4处于左位，而液压泵1流出的液压油会产生背压，会与平衡阀4的主阀芯中的弹簧力产生压差，使平衡阀4的主阀芯缓慢打开，进而控制液压油流量。平衡阀相当于液阻，利用液压油的流量改变压力从而改变负载的下降速度。而平衡阀是非常必要的，因为重物下落时，重力作用带动马达加速运转，会出现加速下降或液压马达失控，造成货物的损坏、设备震动的危险。
③货物静止状态：该状态下，换向阀3的阀芯位于中间，液压泵1处于卸荷状态，通过弹簧力作用的制动器 8 闸锁下降进行制动，且补油泵开始运转，作用到液压马达上，补偿马达由于内泄带来的油液损失，此时平衡阀 4 主阀芯开口关闭，防止液压马达油口出现有些泄露，此刻，重物静止在目标位置。
3液压起升系统的改进
分析2.1所述液压起升系统的工作状态，只有在下降货物时，液压泵输出压力才会有损耗。原因在于普通平衡阀背压是根据平衡最大负载的重力而设定的，故当出现实际负载远小于额定负载的时候，实际负载的重力小于普通平衡阀设定的背压，这就会造成空载或轻载工作状态时功率损失较大。因此，我们对普通平衡阀进行改进，将普通平衡阀换成灵敏度高的载荷灵敏平衡阀，使其背压可以跟随实际负载自重而进行調节，这样不论是在空载、轻载或者重载工况下，都可以拥有与之相匹配的背压，减少功率损失。
4仿真分析
分析系统后，通过更换平衡阀提高工作效率。用AMEsim软件对平衡阀进行仿真分析。图4.1和图4.2分别是更换平衡阀前后的液压系统仿真图。
建立好模型后，在AMEsim中进行仿真，系统采用的均是定量泵，输出流量固定，不会因负载变化而改变。但是，更换了新的平衡阀，会造成输出压力产生变化从而使输出功率不同，分析功率来表示能耗的损失大小。
利用AMEsim仿真分析可得三种工况下的功率计算：
（1）空载状态下：
载荷灵敏平衡阀起升机构泵的输出功率为：
普通平衡阀起升机构泵的输出功率为：
通过分析空载时，平衡阀的不同所产生工况，得出更换载荷灵敏平衡阀后液压系统节省功率为：
（2）轻载状态下：
载荷灵敏平衡阀起升机构泵的输出功率为：
普通平衡阀起升机构泵的输出功率为：
通过比较轻载时，更换平衡阀后所产生的工况比之前节省功率为：
（3）另外，重载状态下，其 。
分析计算仿真数据，可以得出在（1）（2）工况下，新换平衡阀泵的输出功率比之前小很多，而在（3）工况下，更换后的输出功率变化极小。那也就意味着，工件下降过程中，载荷灵敏平衡阀液压系统可以保证泵在输出较小功率的情况下重物平稳下降，不会造成功率过大损失的情况，改善了普通平衡阀的缺点。
5结语
通过分析液压起升系统结构，仿真分析，将普通平衡阀更换成载荷灵敏平衡阀，使得起升机构工作时会根据负载的大小自动调节输出功率，从而降低了功率损失，减少了能耗，提高了液压起升系统的利用效率，同时也保证起升机构运行稳定，为以后起重机节能设计提供一定的理论参考。
参考文献
[1]张泰，姜培刚.汽车起重机起升机构液压系统的改进[J].青岛建筑工程报，2007，（12）：96—99.
[2]齐威，苗明.汽车起重机起升机构的优化设计[J].起重运输机械.2003.
[3]贺信.汽车起重机起升系统分析与仿真[D].西安：长安大学，2011.
作者简介：马闻（1993-），男，汉族，山东枣庄人，硕士研究生在读，研究方向：机械设计及理论。