基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真

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任務(wù)書題 目 基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真題目來源 教師自擬學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級指導(dǎo)教師 職 稱 教 研 室畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)與要求設(shè)計一種額定載荷為 4000T 的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，要求回路設(shè)計合理，并能實現(xiàn)自動控制，具體要求如下：1. 根據(jù)額定載荷設(shè)計液壓控制回路。2. 繪制自動控制電器回路圖。3. 對主要元器件的工作原理用 Amesim 進(jìn)行仿真4. 對主要回路用 Amesim 進(jìn)行仿真。5. 編寫畢業(yè)論文一份。畢業(yè)論文（設(shè)計）工作進(jìn)程起止時間 工作內(nèi)容2018.1.22018.3.12018.3.152018.3.222018.3.292018.4.72018.4.142018.4.281) 查閱相關(guān)資料，記錄所需的信息，確定可行性方案。2) 理清研究思路，學(xué)習(xí)其他設(shè)計產(chǎn)品的優(yōu)秀方法。3) 設(shè)計初期方案，初步計算所需液壓回路的各個元件。4) 分析方案，對其進(jìn)一步優(yōu)化。5) 初步確定方案，再次并對其可行性以及性能分析并改進(jìn)。6) 對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定設(shè)計方案。 7) 使用 Amesim 軟件對主要元器件和主要液壓回路進(jìn)行仿真。8) 根據(jù)分析結(jié)果，仿真結(jié)果，對其最后進(jìn)行改進(jìn)并反思總結(jié)。指導(dǎo)教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學(xué)生（簽字） 畢業(yè)論文（設(shè)計）起止時間：20XX 年 12 月 27 日 至 20XX 年 5 月 25日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，于每學(xué)年第 1 學(xué)期 18 周，經(jīng)畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學(xué)院存檔。開題報告論文（設(shè)計）題目 基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師1、研究本課題的目地和意義1、研究目地液壓絞車是國家大力發(fā)展的一門工科學(xué)科，液壓絞車作為一種通過使用液壓馬達(dá)傳動或者直接使用齒輪傳動使卷筒纏繞鋼絲繩或者鏈條提升牽引重物的起重設(shè)備。液壓絞車的系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)是通過馬達(dá)的速度調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。液壓絞車相比于其他形式的絞車而言，構(gòu)造精簡、節(jié)省空間、單位重量下功率大、動力扭矩高、開啟運行穩(wěn)定、速度調(diào)節(jié)精確便捷、運行過程安全等諸多特點，被大范圍應(yīng)用于各種實際工程領(lǐng)域，受到諸多使用者的喜愛。因此研究液壓絞車系統(tǒng)對于工程領(lǐng)域的使用有著極為顯著的貢獻(xiàn)。液壓絞車以其穩(wěn)定、安全、功率大等諸多優(yōu)點被廣泛的運用在礦產(chǎn)、建筑、海洋、工程等領(lǐng)域。本設(shè)計中主要針對液壓絞車系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，尤其是針對液壓絞車的主要元件和主要回路使用 Amesim 軟件進(jìn)行仿真和檢測。本設(shè)計的設(shè)計重點在于針對額定載荷進(jìn)行設(shè)計液壓控制回路，實現(xiàn)回路的設(shè)計合理和自動控制功能。并對主要的液壓回路元件進(jìn)行 Amesim 軟件仿真和對主要控制回路進(jìn)行 Amesim 仿真2、研究意義本設(shè)計的主旨在于設(shè)計一款 4000T 的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，設(shè)計此系統(tǒng)需要對液壓絞車系統(tǒng)進(jìn)行深入的計算和對 Amesim 軟件有一定的學(xué)習(xí)。其意義有：通過設(shè)計本課題，讓我對液壓絞車和 Amesim 軟件的基本內(nèi)容以及設(shè)計原則有了深刻的了解。例如在設(shè)計液壓回路的時候需要計算液壓絞車的負(fù)載扭矩、絞車轉(zhuǎn)速，需要選擇液壓馬達(dá)的型號、主傳動回路泵、主傳動回路電機、油箱和控制回路 。本次畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷，將對我以后在液壓絞車和 Amesim 軟件方面的知識掌握相關(guān)有很大的幫助。 2、國內(nèi)外的液壓絞車發(fā)展?fàn)顩r1、國內(nèi)的液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀及前景國內(nèi)的液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀，2005 年國內(nèi)直徑最大的液壓防爆絞車在河南省洛陽中信重機公司試車成功，并且順利的發(fā)向內(nèi)蒙古大雁煤業(yè)公司。這臺液壓防爆絞車直徑達(dá) 3M，高度達(dá)52M，最大靜張力為 120KN，最大容繩量 1767M，最大提升速度為 4s/m，具有良好的防爆性能、穩(wěn)定的無級調(diào)速性能和低速運轉(zhuǎn)性能，節(jié)能效果明顯。這臺絞車的直徑和提升力均稱得上是國內(nèi)之最。2、國外的液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀及前景20 世紀(jì)年代后期，日本、美國又開始推廣應(yīng)用液壓馬達(dá)-機械傳動絞車。其優(yōu)點是高速小扭矩，液壓馬達(dá)具有制造容易、質(zhì)量穩(wěn)定、壽命長、傳動效率高、噪音低、體積小等優(yōu)點。國外由于電器技術(shù)水平較高，機械化程度高，較早的開始推廣防爆絞車，主要是繞線行電機轉(zhuǎn)子外接電子調(diào)速。其缺點為發(fā)熱嚴(yán)重，占地面積大，電控系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，調(diào)整型差。隨著液壓技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，推出了軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)系列。在國外，液壓絞車根據(jù)起結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：一類是運用低速大扭矩柱塞液壓馬達(dá)直接帶動絞車卷筒的全液壓式傳動；另一類是采用高速的小扭矩柱塞液壓馬達(dá)經(jīng)過減速器在帶動絞車卷筒的液壓-機械傳動式。3、研究內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容有：1. 根據(jù)額定載荷設(shè)計液壓控制回路。2. 繪制自動控制電器回路圖。3. 對主要元器件的工作原理用 Amesim 進(jìn)行仿真4. 對主要回路用 Amesim 進(jìn)行仿真。5. 編寫畢業(yè)論文一份。4、研究方案及步驟經(jīng)分析，本課題的設(shè)計可分為以下階段：第一階段：1)查閱相關(guān)資料，記錄所需的信息，確定可行性方案。2)理清研究思路，學(xué)習(xí)其他設(shè)計產(chǎn)品的優(yōu)秀方法。3)設(shè)計初期方案，初步計算所需液壓回路的各個元件。第二階段：1)分析方案，對其進(jìn)一步優(yōu)化。2)初步確定方案，再次并對其可行性以及性能分析并改進(jìn)。3)對改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定設(shè)計方案。 第三階段：1)使用 Amesim 軟件對主要元器件和主要液壓回路進(jìn)行仿真。2)最后根據(jù)分析結(jié)果，仿真結(jié)果，對其最后進(jìn)行改進(jìn)并反思總結(jié)。5、論文提綱第 1 章 緒論1.1 研究的目的及意義1.2 國內(nèi)外液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀1.3 國內(nèi)外 Amesim 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀1.4 絞車的功能和結(jié)構(gòu)、分類和工程應(yīng)用領(lǐng)域概述1.5Amesim 軟件在液壓系統(tǒng)設(shè)計分析中的應(yīng)用第 2 章 液壓系統(tǒng)的工作原理2.1 閉式回路和開式回路的比較分析2.2 液壓絞車驅(qū)動系統(tǒng)的制動回路的設(shè)計2.3 液壓絞車驅(qū)動系統(tǒng)的沖洗回路的設(shè)計2.4 恒張力液壓絞車控制回路的設(shè)計2.5 絞車液壓系統(tǒng)的工作原理第 3 章 液壓絞車的液壓系統(tǒng)的工作原理3.1 技術(shù)要求3.1.1 絞車負(fù)載扭矩的計算3.1.2 絞車轉(zhuǎn)速計算3.2 液壓馬達(dá)的選擇和扭矩驗算3.3 主傳動回路泵的選擇和驗算3.4 主傳動回路電機的選擇與驗算3.5 油箱及控制回路的設(shè)計3.6 液壓絞車的液壓系統(tǒng)主要閥塊的設(shè)計及整體布置3.7 液壓電控系統(tǒng)電控部分設(shè)計第 4 章 液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路的數(shù)學(xué)模型和建模仿真4.1 液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路數(shù)學(xué)模型的建模4.2Amesim 軟件的介紹4.3Amesim 液壓仿真分析4.4 液壓絞車系統(tǒng)的 Amesim 模型建立4.3 液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路仿真4.4 液壓絞車液壓系統(tǒng)主要元器件的仿真第 5 章 模型驗證與結(jié)果分析第 6 章 結(jié)論與展望第七章 總結(jié)參考文獻(xiàn)致謝附件6、論文（設(shè)計）工作量的估計、工作條件1、工作量估計1)查閱并記錄所需資料。2)液壓回路系統(tǒng)基本性能參數(shù)的確定；3)液壓回路系統(tǒng)各個參數(shù)的選擇與計算；4)學(xué)習(xí)使用 Amesim 軟件的使用方法；5)使用 Amesim 軟件對液壓回路系統(tǒng)進(jìn)行仿真； 6)制作畢業(yè)答辯的 PPT。2、工作條件1)Amesim 軟件。2)在圖書館查閱相關(guān)資料以及在國內(nèi)外知名網(wǎng)站上查閱所需的資料。3)實驗室和工訓(xùn)中心提供的有利條件。參考文獻(xiàn)[1]許福玲，陳堯明液爪與氣傳動.北京：機械業(yè)出版社，2008.[2]雷天覺，新編液壓程手冊.北京：北京理大學(xué)出版社，1998.[3]設(shè)計手冊，第四版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002[4]Andersen T.O., Hansen M.R. 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Proceedings of the conference on high cycle fatigue of structural materials, Warrendale PA, USA: The Minerals, Metals&Materials Society, 1997, 305-312.指導(dǎo)教師意見及建議（從選題、理論與實證準(zhǔn)備、研究（設(shè)計）方法、工作安排等方面給出評價，并提出指導(dǎo)意見）：選題符合專業(yè)要求,學(xué)生通過此論文能將理論和實際相結(jié)合 ,鍛煉實際動手能力,工作量飽滿,現(xiàn)同意開提, 繼續(xù)進(jìn)行后期工作!指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日畢業(yè)論文工作組意見及建議畢業(yè)論文工作組組長簽字： 年 月 日注：1.此表由學(xué)生填寫后，交指導(dǎo)教師簽署意見，經(jīng)畢業(yè)論文（設(shè)計）工作組審批后，才能開題。中期檢查表論文（設(shè)計）題目 基于 amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師計劃完成時間 20XX 年 5 月 4 日按照進(jìn)度安排應(yīng)完成的任務(wù)1.根據(jù)額定載荷設(shè)計液壓控制回路。2.繪制自動控制電器回路圖。3.對 主 要 元 器 件 的 工 作 原 理 用 Amesim 進(jìn) 行 仿 真4.對 主 要 回 路 用 Amesim 進(jìn) 行 仿 真 。5.編寫畢業(yè)論文一份。實際完成情況1.根據(jù)額定載荷設(shè)計液壓控制回路。2.繪制自動控制電器回路圖。3.對 主 要 元 器 件 的 工 作 原 理 用 Amesim 進(jìn) 行 仿 真4.對 主 要 回 路 用 Amesim 進(jìn) 行 仿 真 。目前有哪些問題和困難，擬采取的解決方法Amesim 軟 件 為 全 英 文 軟 件 ， 在 元 件 庫 和 參 數(shù) 設(shè) 置 、 元 器 件 調(diào) 控 方 面 并 沒 有 漢 化 ， 是 的 翻 譯 方面 出現(xiàn) 差 異 。 解 決 方 法 ： 繼 續(xù) 查 閱 資 料 ， 尋 找 別 人 對 此 處 的 翻 譯 ， 對 比 不 同 翻 譯 ， 結(jié) 合 實 際 測 試得 出 最 終 結(jié) 果 。檢查中發(fā)現(xiàn)的問題與建議畢業(yè)論文工作組組長簽名：年 月 日注：1.最后一欄由指導(dǎo)教師填寫。2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。指導(dǎo)教師評分表學(xué)院：XXX 專業(yè)班級： XXX 學(xué)生姓名： XXX 學(xué)號：XXXX畢業(yè)論文題目 基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真評 價 項 目（參考） 分值 打分01 工作態(tài)度，工作作風(fēng)工作態(tài)度 02 畢業(yè)論文完成情況 20 2003 查閱文獻(xiàn)資料能力04 綜合運用知識能力05 研究方案的設(shè)計能力06 研究方法和手段的運用能力能力水平07 外文應(yīng)用能力40 3008 文題相符程度09 寫作水平10 寫作規(guī)范程度11 篇幅，論文工作量論文質(zhì)量12 論文的理論或?qū)嶋H價值40 28綜合評定成績 78評價意見1. 學(xué)習(xí)態(tài)度較認(rèn)真，能按時參加定期輔導(dǎo)，并按要求完成規(guī)定的任務(wù)工作量。2. 論文內(nèi)容設(shè)計較合理，工作量基本符合要求；通過設(shè)計過程很好了得鍛煉了學(xué)生的設(shè)計分析能力，分析結(jié)果具有一定的實用性。 3. 論文寫作較規(guī)范，格式符合要求。 達(dá)到了本科生的畢業(yè)設(shè)計要求，同意答辯。是否同意答辯 同意答辯指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。評閱教師評分表學(xué)院：XXX 專業(yè)班級： XXX 學(xué)生姓名： XXX 學(xué)號：XXXX畢業(yè)論文題目 基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真評 價 項 目（參考） 分值 打分01 查閱文獻(xiàn)資料能力02 綜合運用知識能力03 研究方案的設(shè)計能力04 研究方法和手段的運用能力能力水平05 外文應(yīng)用能力50 3506 文題相符程度07 寫作水平08 寫作規(guī)范程度09 篇幅，論文工作量論文質(zhì)量10 論文的理論或?qū)嶋H價值50 36綜合評定成績 71評價意見論文對絞車液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和仿真，選題具有一定的應(yīng)用價值。利用 AMESim 對4000T 液壓絞車系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對其設(shè)計合理性驗證具有一定作用。論文撰寫認(rèn)真，格式規(guī)范，工作量適中，表達(dá)個別部分欠流暢，結(jié)論重復(fù)且言之無義，建議修改。是否同意答辯評閱教師（簽名）： 年 月 日注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。答辯及成績評定表學(xué)生姓名 學(xué)號 專業(yè)名稱答辯時間 答辯地點 指導(dǎo)教師題 目 基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真 記錄人姓 名 職 稱 姓 名 職 稱答辯小組成 員提問及回答情況記錄（3~4 個主要問題）：1.PPT 中 A 口 B 口流量曲線起始位置縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)分別是什么？答：PPT 中電磁換向閥的流量曲線圖 A、B 兩口的起始位置的橫坐標(biāo)為時間，單位是秒（s）；縱坐標(biāo)是流量大小，單位是升每分鐘（L/min）2.設(shè)計是否從流量開始控制？答：本設(shè)計的設(shè)計思路是基于定載荷所需扭矩大小得到液壓馬達(dá)的輸出功率從而推出液壓泵和其他元器件的最大負(fù)載時所需的壓力、流量等數(shù)據(jù)。仿真時是通過負(fù)載的變化觀察其余物理量的變化是否符合設(shè)計要求。3.液壓回路中各種管路如何設(shè)計？是否考慮壓力？答：本設(shè)計所設(shè)計的液壓回路考慮的是理想模型下的液壓回路變化和液壓元器件的物理量變化，所以對于管路的設(shè)計也是理想模型下的液壓管路即各個管路中不存在泄露，不發(fā)生損耗，不損失能量。所以管路的設(shè)計中并沒有考慮壓力。記錄人簽字：年 月 日答辯小組評語及成績：答辯小組組長簽字： 年 月 日指導(dǎo)教師成績 ×40% =評閱教師成績 ×20% =答辯成績 ×40% =畢業(yè)論文總評成績論文 等級畢業(yè)論文工作組意見：畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1、總評成績=指導(dǎo)教師成績×40%＋評閱教師成績×20%＋答辯成績×40%。2、論文等級分優(yōu)秀（≥90 分）、良好（80-89 分）、中等（70-79 分）、及格（60-69 分）、不及格（＜60 分）。3、此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。I基于 Amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真摘要：隨著液壓絞車的快速發(fā)展以及液壓絞車大量的被應(yīng)用于海洋船舶、礦產(chǎn)開發(fā)、冶煉金屬、運輸起重等工程領(lǐng)域，對于液壓絞車液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求越來越高，設(shè)計的高效性、準(zhǔn)確性、安全性越來越被人所關(guān)注。Amesim 軟件的使用能夠讓設(shè)計者快速、準(zhǔn)確、便捷的提供出符合設(shè)計者要求的液壓系統(tǒng)回路，其龐大的子模型庫和眾多的模型系統(tǒng)為設(shè)計者減輕了負(fù)擔(dān)，是的設(shè)計者不再需要去浪費大量的時間在程序編寫和數(shù)學(xué)模型的建立上，而能專注于物理模型的建立和系統(tǒng)回路的仿真。本設(shè)計主要研究的是 4000T 的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，并對其主要回路和主要元器件運用 Amesim 軟件進(jìn)行仿真，檢驗其穩(wěn)定性和合理性。關(guān)鍵詞： 液壓絞車 Amesim 軟件 仿真 建模IIDesign and Simulation of Winch Hydraulic System Based on Amesim.Abstract：With the rapid development of the hydraulic winch and a large quantity of hydraulic winch is used in ocean shipping, mineral development, smelting metal, transport hoisting engineering field, such as for the design of the hydraulic winch hydraulic system demand is higher and higher, the efficiency and accuracy of design, safety is more and more attention by people. Using Amesim software designers can make rapid, accurate, convenient provided meet the requirements of the designers of the hydraulic system circuit, its massive model library and numerous model system for designers to reduce the burden, yes designers no longer need to waste a lot of time on the programming and the establishment of the mathematical model, and can focus on the establishment of physical model and the system circuit simulation.This design mainly studies the hydraulic control system of 4000T hydraulic engineering winch, and simulates its main circuit and main components using Amesim software to test its stability and rationality.Keywords: Hydraulic winch Amesim software Simulation modeling.III目錄第 1 章 緒論 ..................................................................................................................................................11.1 研究的目的及意義 ........................................................................................................................11.2 國內(nèi)外液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀 ............................................................................................................11.3 國內(nèi)外 Amesim 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀 ..............................................................................................21.4 絞車的基本概述 ............................................................................................................................21.5 Amesim 軟件的應(yīng)用 ..................................................................................................................3第 2 章 液壓系統(tǒng)的工作原理 ......................................................................................................................52.1 液壓系統(tǒng)的閉式回路和開式回路的分析 ....................................................................................52.2 液壓絞車驅(qū)動系統(tǒng)的保壓回路的設(shè)計 ........................................................................................62.3 絞車液壓系統(tǒng)的工作原理 ............................................................................................................7第 3 章 相關(guān)數(shù)據(jù)計算 ..................................................................................................................................83.1 技術(shù)要求 ........................................................................................................................................83.2 液壓馬達(dá)的選擇和扭矩驗算 ........................................................................................................83.3 傳動回路泵的選則和驗算 ............................................................................................................93.4 傳動回路電機的選擇與驗算 ........................................................................................................93.5 油箱及控制回路的設(shè)計 ..............................................................................................................103.6 液壓閥的設(shè)計 ..............................................................................................................................10第 4 章 液壓系統(tǒng)主回路的數(shù)學(xué)模型和建模仿真 ....................................................................................124.1 液壓系統(tǒng)主回路的數(shù)學(xué)模型 ......................................................................................................124.2 Amesim 軟件的介紹 .................................................................................................................134.3 Amesim 液壓仿真分析 ............................................................................................................134.4 液壓絞車系統(tǒng)的 Amesim 模型建立 ........................................................................................164.5 液壓系統(tǒng)的主回路仿真 ..............................................................................................................214.6 液壓絞車液壓系統(tǒng)主要元器件的仿真 ......................................................................................27第 5 章 結(jié)論與展望 ....................................................................................................................................31第 6 章 總結(jié) ................................................................................................................................................33參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................................34致 謝 ............................................................................................................................................................351第 1 章 緒論1.1 研究的目的及意義液壓絞車的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用迫使液壓系統(tǒng)的控制方法得到不斷的改進(jìn)和發(fā)展，并且隨著在液壓絞車中 PLC 和單片機等控制模塊的廣泛使用及其自動化、智能化程度越來越高，使得液壓絞車的液壓系統(tǒng)更加的簡便，其可操作性、安全程度、準(zhǔn)確性都得到了大幅的提高。在液壓絞車的控制和檢測方面集成化、模塊化的控制方式和數(shù)字化高效化的檢測方式已經(jīng)在液壓絞車上得到了完整成熟的應(yīng)用。而關(guān)于液壓絞車層次輸出方式方面液壓絞車已經(jīng)能夠完美的完成一定速度下的輸出或者一定的張力輸出下的輸出方式。在液壓絞車的測試方式方面，測試者使用壓力傳感器測量液壓馬達(dá)的進(jìn)油口和出油口的壓力值大小通過計算或智能模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到馬達(dá)的輸出扭矩。測試者能夠使用光電編碼器來測量纜繩的收放速度快慢在通過計算或智能模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換來得到纜繩的長度。本設(shè)計中主要針對液壓絞車系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，尤其是針對液壓絞車的主要元件和主要回路使用 Amesim 軟件進(jìn)行仿真和檢測。本設(shè)計的設(shè)計重點在于針對額定載荷進(jìn)行設(shè)計液壓控制回路，實現(xiàn)回路的設(shè)計合理和自動控制功能。并且針對主要的液壓控制回路和液壓回路主元件使用 Amesim 軟件進(jìn)行模擬仿真。本設(shè)計的主旨在于設(shè)計一款 4000T 的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，設(shè)計此系統(tǒng)需要對液壓絞車系統(tǒng)進(jìn)行深入的計算和對 Amesim 軟件有一定的學(xué)習(xí)。其意義有：通過設(shè)計本課題，讓我對液壓絞車和 Amesim 軟件的基本內(nèi)容以及設(shè)計原則有了深刻的了解。例如在設(shè)計液壓回路的時候需要計算液壓絞車的負(fù)載扭矩、絞車轉(zhuǎn)速，需要選擇液壓馬達(dá)的型號、主傳動回路泵、主傳動回路電機、油箱和控制回路 。本次畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷，將對我以后在液壓絞車和 Amesim 軟件方面的知識掌握相關(guān)有很大的幫助。 1.2 國內(nèi)外液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)的液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀:在 2005 年，在中國河南省洛陽市有一臺直徑長達(dá)3 米，高度高至 52 米，最大凈張力達(dá) 120 千牛的液壓防爆絞車在河南省中信重型2機械公司測試成功，并成功通過運輸?shù)竭_(dá)到內(nèi)蒙古大雁煤業(yè)公司。這臺當(dāng)時在中國稱得上是最大的液壓防爆絞車的最大繩索容積長達(dá) 1767 米，最大提升速度為4 米每秒，它防爆炸的性能十分好，無級化的調(diào)速性能非常穩(wěn)定，低速運行的性能好。節(jié)能的效果十分明顯。這臺液壓絞車的直徑和提升力均稱得上是國內(nèi)之最。而目前，在中國最大的水輪機 350T，設(shè)備達(dá)到了自重 150T。國外的液壓絞車發(fā)展現(xiàn)狀:在 1980 年前后，一場由日本和美國帶動的新的改變在悄悄的影響著世界，他們相繼開始采用液壓馬達(dá)來帶動絞車。這種使用液壓馬達(dá)的機械傳動絞車的主要優(yōu)點就是轉(zhuǎn)動速度快，轉(zhuǎn)動扭矩小。而且這種液壓馬達(dá)有著使用壽命長、形狀體積小、工作噪音低、運行質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)制造容易、機械傳動效率高等等突出的亮點?；趪獾臋C械化程度和由于國外的電氣技術(shù)水平和機械化程度比較高。早期防爆絞車的推廣主要就是靠繞線電機轉(zhuǎn)子的外部電子調(diào)速。但是缺點是發(fā)熱嚴(yán)重、面積大、電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、調(diào)節(jié)不好。隨著液壓技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，逐漸推出了軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達(dá)系列。在國外，液壓絞車根據(jù)起結(jié)構(gòu)形式分為兩大類：一類是運用低速大扭矩柱塞液壓馬達(dá)直接帶動絞車卷筒的全液壓式傳動；另一類是采用高速的小扭矩柱塞液壓馬達(dá)經(jīng)過減速器在帶動絞車卷筒的液壓-機械傳動式。1.3 國內(nèi)外 Amesim 軟件的發(fā)展現(xiàn)狀A(yù)meSim 是一款系統(tǒng)工程高級建模和仿真平臺的軟件(Advanced Modeling Environment for Simulations of Engineering Systems)。在 1995 年 IMAGINE 公司創(chuàng)造了一款專門應(yīng)用于液壓和機械系統(tǒng)建模的軟件，這就是 Amesim。Amesim 是一款針對于系統(tǒng)建模、仿真和運動學(xué)分析的優(yōu)秀的軟件。Amesim 軟件作為一款針對液壓和機械系統(tǒng)建模的軟件為使用者提供了一個完整的優(yōu)秀的仿真環(huán)境。Amesim 軟件以其靈活性、友好性和面向?qū)嶋H的應(yīng)用方案優(yōu)于同類型軟件，成為同類型軟件中的佼佼者。Amesim 軟件通過建立大量的模型庫和數(shù)據(jù)庫來使使用者研究各種原件或回路的動力學(xué)特征，而 Amesim 的模型庫和數(shù)據(jù)庫在使用者的使用過程中得到不斷地積累進(jìn)而不斷地升級和改進(jìn)。IMGINE 公司本身是一個從事技術(shù)咨詢的公司，該公司通過開發(fā) Amesim 軟件并將其應(yīng)用在世界上與其合作的著名公司和研究所。在這些共同開發(fā)的近千個3技術(shù)咨詢項目中為 Amesim 積累了大量的經(jīng)驗和知識，在這些項目的開發(fā)中還匯聚了各個尖端研究領(lǐng)域的專家，這些專家在項目開發(fā)中總結(jié)出一套行之有效的方法并且將這些方法和經(jīng)驗傳授給他們的客戶和朋友學(xué)生等，使得 Amesim 軟件的到了大范圍的推廣。由于這些人的使用和推廣加之 Amesim 自身優(yōu)秀的特點使得 Amesim 軟件在國外成為了在建模和仿真領(lǐng)域的一種標(biāo)準(zhǔn)軟件。在國內(nèi)近幾年來國內(nèi)的學(xué)者們因為在其使用過程中感覺到的使用方便、快速、準(zhǔn)確使得國內(nèi)也有越來越多的人開始使用和學(xué)習(xí) Amesim 軟件 。這款軟件作為一款優(yōu)秀的高級建模和仿真軟件一定能在建模和仿真領(lǐng)域?qū)κ褂谜哂兴鶐椭材転樽灾鲃?chuàng)新和模擬仿真提供一個優(yōu)秀的環(huán)境。1.4 絞車的基本概述在冶煉金屬的過程中、在礦產(chǎn)開發(fā)的應(yīng)用中和在海洋船舶的使用中經(jīng)常會用到一種有著悠久歷史的工程領(lǐng)域常用的裝置-絞車。從古代社會開始絞車的用途就確定在了運輸重物上，恰當(dāng)?shù)氖褂媒g車能夠使得使用者放大自身的力量來運輸一些重量遠(yuǎn)超自身力量的物體從而節(jié)省力氣提高效率。古代的絞車就是絞盤，這種絞盤由軸和輪組成，在垂直于兩側(cè)的支撐架的滑輪和滑輪上的纜繩也是絞盤不可或缺的必要組成。纜繩的作用是用來連接重物和絞盤，使用者用力轉(zhuǎn)動手柄使得滑輪纜繩和物體一起提升。如圖 1.1 所示是一種古代絞車。圖 1.1 古代絞車卷揚機，也就是現(xiàn)代的絞車它是由古代的絞盤通過不斷地演化和改進(jìn)發(fā)展而來。卷揚機是由電機帶動滾筒旋轉(zhuǎn)使得纜繩或者鐵絲在滾筒上纏繞或者釋放從而達(dá)到提起或者放下物體的動作?，F(xiàn)代的絞車使用的方式有很多，它的應(yīng)用方位也很廣泛比如海洋建筑和礦產(chǎn)等各個領(lǐng)域。如圖 1.2 所示為現(xiàn)代的一種液壓絞車。4圖 1.2 現(xiàn)代液壓絞車現(xiàn)代絞車的結(jié)構(gòu)上主要是用滾筒的旋轉(zhuǎn)來帶動纜繩或者鐵絲來收放物體。現(xiàn)代絞車一般有三個部分分別是動力、承載和輔助裝置。動力裝置是使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)帶動纜繩或者鐵絲收放的設(shè)備包含有驅(qū)動機構(gòu)、傳動機構(gòu)和控制機構(gòu)。承載裝置就是收集纜繩和排放纜繩的裝置，其包含了容納纜繩的容繩機構(gòu)和控制纜繩運動的排纜機構(gòu)。輔助裝置包含負(fù)責(zé)運動滑輪機構(gòu)、負(fù)責(zé)導(dǎo)向的導(dǎo)向輪機構(gòu)、檢測速度的速度反饋模塊、檢測壓力大小的壓力反饋模塊、檢測物體距離的距離反饋模塊等。絞車根據(jù)其不同的特征有著許多種分類方式，絞車可以根據(jù)動力裝置來分類，可以根據(jù)適用范圍和應(yīng)用情況來分類，也可以根據(jù)工作方式來分類 。1.5 Amesim 軟件的應(yīng)用Amesim 軟件是一款在工程系統(tǒng)模型建立方面提供圖形化的時域和頻域仿真環(huán)境的優(yōu)秀軟件，它能使使用者在模型建立、仿真和動態(tài)分析方面提供大量的幫助。Amesim 軟件的數(shù)據(jù)庫和模型庫中包含的已經(jīng)存在的模型可以來桂枝所需的實際模型，如果 Amesim 軟件的數(shù)據(jù)庫和模型庫中不存在使用者所需要的模型使用者也可以簡歷不存在的新的子模型元件來構(gòu)建時機模型。在 Amesim 軟件中使用者也可以去修改現(xiàn)有的模型或者新建的子模型，通過修改子模型和改變模型參數(shù)來進(jìn)行動態(tài)仿真，在動態(tài)仿真結(jié)束后可以直接來繪制使用者所需要的某種數(shù)據(jù)的曲線來分析仿真的結(jié)果。Amesim 軟件的操作界面簡便友好，操作方法簡單易上手。使用 Amesim 軟件可以讓使用者迅速的完成建模的最終目標(biāo)，也能夠讓使用者在建模結(jié)束后來分析和優(yōu)化設(shè)計，從而降低在設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)的成本和周期。5第 2 章 液壓系統(tǒng)的工作原理2.1 液壓系統(tǒng)的閉式回路和開式回路的分析液壓系統(tǒng)的液壓回路根據(jù)液壓油出入液壓馬達(dá)之后的循環(huán)方式的不同分成開式液壓回路和閉式液壓回路。使用液壓泵從液壓油油箱通過吸油過濾器吸入低壓的液壓油，通過液壓泵轉(zhuǎn)化為高壓的液壓油到達(dá)液壓馬達(dá)的兩個腔，液壓油流經(jīng)液壓馬達(dá)最后回流流回液壓油油箱，這種循環(huán)的方式叫做開式回路。使用開式回路會在液壓油從液壓馬達(dá)回流至液壓油油箱時產(chǎn)生泄露造成泄漏損失和污染。與開式回路不同在變排量泵與液壓馬達(dá)之間存在著封閉結(jié)構(gòu)的液壓回路被稱為閉式液壓回路。閉式回路雖然整體式封閉結(jié)構(gòu)但是也存在一定量的泄漏損失所以閉式回路必須安裝一種叫做補油泵的裝置來補充泄露所造成的泄漏損失。補油泵補充的液壓油直接流入主液壓回路，超出主液壓回路的所需的液壓油會通過一個單向的溢流閥來流出。閉式液壓回路的液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向改變是通過變排量泵的排油方法或者通過安裝換向閥來改變馬達(dá)轉(zhuǎn)向的。液壓系統(tǒng)的閉式回路是由變排量量泵、補油裝置和定量液壓馬達(dá)構(gòu)成，閉式液壓回路的液壓原理圖如圖 2.1 所示，液壓絞車執(zhí)行機構(gòu)是定排量馬達(dá) 5。液壓油通過定排量馬達(dá) 5 的回油腔大部分的液壓油進(jìn)入到了 4 中小部分流經(jīng)換向閥 6和溢流閥，經(jīng)過散熱器的降溫流回油箱。閉式回路中這一小部分流回油箱的液壓油是通過補油泵 1 的存在來補充的，而補油泵的壓力是通過溢流閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)保護(hù)其安全運行的。閉式回路中是在溢流閥和單向閥的共同工作下構(gòu)成了閉式回路的系統(tǒng)高壓保護(hù)單元。圖 2.1 閉式調(diào)速回路圖6液壓系統(tǒng)的開式調(diào)速回路是由變排量泵、電磁換向閥、平衡閥、溢流閥構(gòu)成。它的工作原理如圖 2.2 所示。變排量泵 1 做為控制液壓絞車旋轉(zhuǎn)速率的快慢，電磁換向閥 4 用來改變液壓絞車的轉(zhuǎn)動方向，溢流閥 2-2 的作用是防止液壓馬達(dá)載荷腔一側(cè)的壓力過高，通過是高出部分的液壓油流回油箱來保持平衡達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)液壓回路處在提起物體即纜繩回收的狀態(tài)的時候，三位四通電磁換向閥 4 閥芯位于右側(cè)，這個時候 5 中的單向閥開始工作節(jié)流閥不參與工作單向閥 3-1 使液壓馬達(dá)得到了最小的運轉(zhuǎn)壓力。當(dāng)回路位于放下物體即纜繩放開的時候，三位四通電磁換向閥 4 的閥芯位于左側(cè)單向閥 3-2 用來補充所需的液壓油防止液壓馬達(dá)的非載荷腔側(cè)為保持平衡而吸入空氣對液壓馬達(dá)造成不必要的損傷，此時 5 中進(jìn)油單向閥不參與工作節(jié)流閥開始工作。為了防止物體失去控制的放下造成安全隱患此時由節(jié)流閥主動構(gòu)成和載荷配套的壓力用以保證在變量泵全開口狀態(tài)下，重物放回速度完全由回油節(jié)流閥開度大小調(diào)節(jié)而不會因為負(fù)荷的重量發(fā)生改變影響，保證物體能夠平穩(wěn)的被放下。圖 2.2 開始調(diào)速回路圖閉式回路與開式回路相比閉式調(diào)速回路系統(tǒng)的液壓馬達(dá)的負(fù)載油腔不需要使用任何方式就能夠使得平衡負(fù)荷然而由于閉式系統(tǒng)存在許多執(zhí)行機構(gòu)所以很難去共同使用一種液壓油。因此在很多情況下液壓回路選擇開式回路。使用開式調(diào)速回路系統(tǒng)時液壓絞車必須使用回油節(jié)流閥來平衡負(fù)荷保護(hù)回路，而開式調(diào)速系統(tǒng)作業(yè)性能和閉式調(diào)速系統(tǒng)一樣。由于本設(shè)計需要大功率液壓絞車，故采取開式調(diào)速回路來設(shè)計液壓回路。72.2 液壓絞車驅(qū)動系統(tǒng)的保壓回路的設(shè)計圖 2.3 保壓回路圖液絞車驅(qū)動系統(tǒng)的保壓在液壓絞車平時的工作中使液壓絞車將物體吊在空中保持不動時能夠使液壓絞車保持穩(wěn)定。這個時候的液壓絞車液壓泵處于卸荷狀態(tài)，保護(hù)液壓回路的安全。液壓絞車的保壓回路大致分為三類一種是利用蓄能器完成的保壓回路，一種是利用液壓泵完成的保壓回路還有一種是利用單向閥完成的保壓回路。本設(shè)計利用單向閥完成保壓回路，圖 2.3 為本設(shè)計的保壓回路圖。2.3 絞車液壓系統(tǒng)的工作原理如圖 2.4 所示為使用 Amesim 軟件繪制的本設(shè)計的液壓回路草圖，變排量泵做為控制液壓絞車轉(zhuǎn)動速度的高低，三位四通電磁換向閥使液壓絞車的旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變，同時溢流閥工作起溢流作用，防止液壓馬達(dá)負(fù)載腔側(cè)壓力太高，高出的部分流回油箱。當(dāng)液壓回路處在提起物體即收攬狀態(tài)時，三位四通電磁換向閥的閥芯位于右側(cè)，此時單向閥開始運作，節(jié)流閥停止工作，單向閥使液壓馬達(dá)獲得最小運轉(zhuǎn)壓力。當(dāng)液壓回路位于放下物體即放纜狀態(tài)時，三位四通電磁換向閥的閥芯位于左側(cè)，單向閥開始補充所需液壓油防止液壓馬達(dá)非負(fù)載腔側(cè)為保持平衡而吸入空氣，產(chǎn)生不必要的損失，此時進(jìn)油單向閥停止作業(yè)，節(jié)流閥開始作業(yè)，為了防止物體8失去控制的放下造成安全隱患此時由節(jié)流閥主動構(gòu)成和載荷配套的壓力用以保證在變量泵全開口狀態(tài)下，重物放回速度完全由回油節(jié)流閥開度大小調(diào)節(jié)而不會因為負(fù)荷的重量發(fā)生改變影響。圖 2.4 液壓回路草圖9第 3 章 相關(guān)數(shù)據(jù)計算3.1 技術(shù)要求額定載荷為 4000Tg=9.8N/KG經(jīng)計算額定載荷為 408.16KN絞車負(fù)載扭矩的計算絞車的負(fù)載扭矩 %)51(*rf??FT（取排纜機構(gòu)負(fù)載為鋼纜負(fù)載的 5%）取絞車直徑為 0.8m則絞車半徑 r1=0.4m絞車額定負(fù)載 F1=408.1KN經(jīng)計算絞車的卷筒負(fù)載扭矩 Tf≈168KN絞車轉(zhuǎn)速計算絞車卷筒的最高轉(zhuǎn)速為取絞車最高速度 v1=3m/s絞車半徑 r1=0.4m經(jīng)計算絞車卷筒的最高轉(zhuǎn)速 ω≈71.7(rpm)3.2 液壓馬達(dá)的選擇和扭矩驗算液壓馬達(dá)的選取主要是基于所設(shè)計液壓回路的額定壓力和負(fù)載扭矩馬達(dá)本身的空間尺寸和轉(zhuǎn)動速度也是其重要的考慮因素。如果要使用液壓馬達(dá)來達(dá)到調(diào)節(jié)速度的目地的時，也要考慮它的調(diào)節(jié)方式。由于本設(shè)計的液壓絞車回路采用的是變排量泵來達(dá)到調(diào)速的目地的，因此選擇的是定排量馬達(dá)來完成設(shè)計要求。根據(jù)設(shè)計要求本設(shè)計選用的是赫格?。ú┦溃┕旧a(chǎn)的 CA 系列定量液壓馬達(dá)。此馬達(dá)的具體參數(shù)如表 3-1。????2*160?10表 3.1 赫格隆（博世）公司 CA 系列定量液壓馬達(dá)型號表取液壓絞車的液壓馬達(dá)工作壓力為 31.5Mpa，馬達(dá)機械效率為 96%，則額定輸出扭矩為 ?2*VFM?取液壓馬達(dá)的排量為 8800cm3/rev單位扭矩為 170Nm/bar最大轉(zhuǎn)速為 220rev/min額定轉(zhuǎn)速為 170rev/min經(jīng)計算額定輸出扭矩 M≈169500（N*m）＞168KN表 3.2 博世力士樂公司 A11VL0190 參數(shù)表113.3 傳動回路泵的選則和驗算根據(jù)液壓絞車的卷筒最高轉(zhuǎn)速時液壓馬達(dá)的輸入流量為q=8.8*71.7/0.95=664.2（L/min）（取馬達(dá)容積效率均為 95%）主泵 3 個選擇博世力士樂公司 A11VL0190 型比例變量柱塞泵，其具體參數(shù)如表 3.2。其主要參數(shù)為最小排量 0cm3/r最大排量 193cm3/r驅(qū)動慣性扭矩 0.055J最大功率 236kw最大轉(zhuǎn)速 2100rpm裝油容量 3.8L重量 95KG最高允許工作壓力為 35mpa取電機的額定轉(zhuǎn)速為 1490rpm泵的容積效率為 95%3 個泵的最大輸出流量為 3*193*1.49*0.95=819.6L/min＞q1，滿足要求。3.4 傳動回路電機的選擇與驗算設(shè)定絞車的卷筒最高轉(zhuǎn)速時 3 個泵的輸出流量相同即 q1 的三分之一221.4L/min則驅(qū)動功率F1=315q/3=221.495.0*61)v*3q1(VFP??12F=100V=11.3v1=1490經(jīng)計算驅(qū)動功率為 125.3KW所以選取 160KW 的電機 Y-315M-2，其具體參數(shù)如圖 3.3。表 3.3 三項四極異步電機參數(shù)表3.5 油箱及控制回路的設(shè)計油箱需要按照最大流量的 5 倍設(shè)計，即 707.3*5為 3540L 即 3.54m313因此油箱尺寸取長 5700*寬 600*高 1400（mm）其有效容積經(jīng)計算為 3830L3.6 液壓閥的設(shè)計根據(jù)液壓閥的一般選擇要求單向閥的選擇需要考慮其正向流動方向阻力小開啟的壓力一般為 0.035 至 0.05MPa，其反向的流動方向不漏油，密封效果良好。所以本設(shè)計選擇 TLC040A20E-7X/TLFA040WEA-7X 為本設(shè)計的單向閥，其公稱壓力為 31.5MPa。據(jù)溢流閥的工作特性溢流閥的選擇需要滿足其調(diào)壓范圍，在本設(shè)計中溢流閥所需的最大壓力值為 31.5MPa，所以選取 TTLC040DB20E-7X/TLFA040DBT-7X 為本設(shè)計的溢流閥，其最大壓力值為 35MPa，完全符合本設(shè)計的需求。根據(jù)節(jié)流閥的一般選擇要求，節(jié)流閥需要保證其節(jié)流口兩端的壓力差不跟隨負(fù)載的變化產(chǎn)生變化而本設(shè)計的最大負(fù)載為 4000T,所以選取德國博世力士樂2FRM 10-3X/10LB，其最大的操作壓力是 4600 PSI,最大流量為 42.5 GPM。根據(jù)換向閥的基本要求保證其流經(jīng)各個口的壓力損失要小，泄漏量要小，換向要平穩(wěn)且要符合設(shè)計所要求的中位時的性能特點，所以本設(shè)計選用 M 型的4WE6M62/EG24N9K4。1415第 4 章 液壓系統(tǒng)主回路的數(shù)學(xué)模型和建模仿真4.1 液壓系統(tǒng)主回路的數(shù)學(xué)模型變量泵的輸出流量 BBxVQnma?其中 maxBV為液壓泵的最大排量n為液壓泵的轉(zhuǎn)速Bx為液壓泵的調(diào)節(jié)參數(shù)液壓馬達(dá)的扭矩平衡方程為其中 MT為液壓馬達(dá)的理論扭矩mJ為負(fù)載和馬達(dá)在液壓馬達(dá)傳動軸上的轉(zhuǎn)動慣量L為負(fù)載的 轉(zhuǎn)動慣量B為負(fù)載和 馬達(dá)在液壓馬達(dá)傳動軸上的粘性阻尼系數(shù)馬達(dá)的輸入流量為其中 mV為液壓馬達(dá)的排量Bn為液壓泵的轉(zhuǎn)速?為回路的總泄漏系數(shù)p為回路的高壓側(cè)壓力V0 為液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口的容積?為液壓油的 體積彈性模量經(jīng)推導(dǎo)可得傳遞函數(shù))1()()( 2m2m02m0axVBSJVBSJnsxnGB ?????dtpVxnVQBm??0a??LmmMTndtT??Jp164.2 Amesim 軟件的介紹LMS Imagine.Lab AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)是多學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺。使用者使用 A