基于AMEsim液压破碎锤结构的优化分析.pdf

基于 AMIESIM液压破碎锤结构的优化分析
□曾鹏1口易建钢2□沈永来
1.江汉大学数学与计算机科学学院武汉430056
2.江汉大学机电与建筑工程学院武汉430056
3.湖北三江航天红峰控制有限公司湖北孝感432000
摘要:介绍了液压破碎锤的工作原理和基本构成。在 AMESIM仿真环境下,利用 AMESIN的图形化建模方法,建立
了液压破碎锤系统结构的完整仿真模型。在仿真结果上进行了简要的分析,为液压破碎锤的结构优化提供了一定的参考
依据。
关键词:液压破碎綞 AMESIM建结构优化
中图分类号:TH137
文献标识码:A
文章编号:1000-4998(2013)05-0026-03
液压破碎锤是一种以液体传递压力为动力的破碎
冲击器山,若变换钎杆,亦可用于除锈、振捣和打柱等1液压破碎锤结构与基本工作原理
特定工作,因而被广泛应用于高铁建设、开山碎石、道
现用的破碎锤基本上都是气液联动式的,与传统
路整修、矿石开采、房屋拆迁等各行各业。近十年来,中的纯液式破碎锤相比,气液联合作用式液压破碎锤具
国液压破碎锤市场发展迅猛,而国内拥有自主研发能有结构合理紧凑,冲程打击カ大且压カ脉动较小的特
カ的企业极少,对液压破碎锤进行专研的人员不多,国点,其工作原理示意如图1所示。
产产品与世界先进产品之间存在着较大的差距。而对
气液联合作用式液压破碎锤的主要工作系统可以
于液压破碎锤液压系统仿真研究,国内有一些学者主分4部分组成:氮气室、钎杆、液压换向和油缸2。氮
要是采用键合图方法进行分析,为系统优化设计提供气室的作用是在回程时储存大量的能量,然后在冲程
了合理的建议。 AMESIM是一款基于键合图的机电液时释放出来,给活塞一个向下的冲击推动力;钎杆则是
系统建模与仿真分析软件,已成为热、磁、机械、电工电系统的工作机构,其功能是与活塞发生冲击碰撞后,将
子、流体传动与控制等各种领域复杂系统的建模仿真冲击能直接用来破碎物体。整套系统的核心液压元件
平台,可以进行非常直观的各类图形用户界面仿真。由换向阀和液压缸组成,液压系统通过行程反馈方式
本文简要介绍液压破碎锤液压系统的基础,建立了液控制换向阀的油路通断情况,从而达到改变活塞运动
压系统的 AMESIM仿真模型,分析了其活塞工作性能方向的目的。活塞在液压缸中作在复直线运动,不停地
仿真曲线,进行了不同参数变化引起的仿真结果对比压缩氮气室和冲击钎杆,是整套系统中最重要的执行
分析,从而得出了一些提高系统破碎性能的优化建议。元件,其运动规律及整套系统的工作过程分析如下。
1.1活塞回程阶段
湖北省自然科学基金资助项目(编号:2011CDB172)
湖北省教育厅科研项目(编号:D20114502)
当系统处于图1中(a)所示的状态时,高压油通过
武汉市科技攻关项目(编号:201150699189-09)
管道分别进入活塞的下腔①和液压换向阀的上端腔
收稿日期:2012年12月
⑧,腔④的高压油将整个换向阀压在其行程的最下端
构的工作原理,设计出既能完成装卸料动作,又能保证[3]李向明,谈宇.机床自动化与自动线[M].北京:机被工.业出
工作可靠的上料机构。
版社,1981.
参考文献
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200
1983.
[2]周骥平,林岗.机被制造自动化技术[M].北京:机械工业出
版社,2003
编辑日月)
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机被制造51卷第585期成
氮气
⑤③
-+OUT
-POUT
-+OU1
OUT
IN
IN
IN
IN
4④
8)
③
2
低压油
高压油
(a)回程阶段
(b)换向阶段
(c)制动阶段
(d)打击阶段
▲图1气液联合作用式液压破碎锤的工作原理示意图
连接低压油的管道一部分与活塞的中部腔室相通,另1.5打击阶段
一部分则通过换向阀的腔室⑦与活塞的上腔①相连。
当活塞运动到图1中(d)的运动状态时,行程反馈
此时油液向上的合力大于活塞向上运动时所受到的阻腔室②の与活塞的中部腔室相连,而中部腔室又由腔③
力(活塞重力和氮气室的压力等),活塞一直朝着氨气与低压油相通,因此換向阀下端的高压油压力降低,换
室的方向运动
向阀受到的合力再次向下,阀进入換向阶段。与此同
1.2换向阶段
时,活塞向下的速度已达到最大,并与钎杆发生冲击碰
当系统达到图1中(b)所处的状态时,行程反馈腔撞。阀芯换向,冲击碰撞后,系统完成一个循环,再次进
室②逐渐接通高压油,高压油经管道进入到换向阀的入回程阶段。
下端腔⑥,此时换向阀的上下两端腔室③和⑥均已连
通系统中的高压油,由于阀的下轴肩比上轴肩的面积2 AMESIM模型建立
大,其下端所受的液压力大于上端,换向阀受到油液向2.1 A MESIN简介
上的合力大于其本身的重力等阻力,阀芯向上运动,达
AMESIM (Advanced Modeling Environment for
到其行程的最上端时,完成主油路的快速换向工作。
Simulation of Engineering Systen)是法国 IMAGINE公
1.3活塞制动阶段
司开发的工程系统仿真软件,为多学科领域复杂系统
当换向阀完成换向工作后,系统达到图1中(c)所提供建模仿真解决方案3。 AMESIM可以通过直接的
示的状态,换向阀切断低压管道与活塞上腔④油路的物理方法将不同的领域模块连接在一起,避免了各种
连接,腔④转而经腔⑧③与进口高压油直接相通。此时活程序代码的编写,因其采用工程技术语言,可以进行非
塞的上下两端腔④和①均已连通等压的高压油,而活常直观的各类图形用户界面仿真,也使它成为众多领
塞上轴肩的面积大于下轴肩,液压合力向下,在尾部氮域的系统建模与仿真的标准环境。 AMESIN为用户提
气膨胀推力、系统液压合力和活塞自身重力等阻力的供了批处理、稳态、间断、动态等多种仿真模式,同时拥
作用下,活塞快速制动,速度很快降为零。
有频谱图、Bode图、活性指数等齐全的分析工具,考虑
1.4冲程阶段
到每个人的专长和习惯都大不一样, AMESIM也拥有
舌塞的速度降为零后,在氮气室膨胀推力、系统液元件、方块图、基本元素和数学方程等建模方式,用
压合力和活塞自身重力等推力的作用下,活塞开始向可自行选择或综合运用。因此,用户可以更加专注于工
下运动,另一方面,活塞上下轴肩的面积不一样,而且程系统本身的设计,而不必消耗过多的精力于繁琐的
同时通入了高压油,因此也会产生差动连接效应,活塞数学建模当中。
保持着加速状态向钎杆方向作直线运动。
2.2仿真模型的搭建
ラ机械制造51卷第58期
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