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混凝土泵S管换向系统动力学分析与仿真

王术冬  
【摘要】:混凝土泵在现代建筑施工中扮演着越来越重要的角色。混凝土输送泵的换向系统必须在极短的时间内实现S管的换向动作,但这同时可能造成混凝土泵在换向过程中的液压冲击或顶缸现象。液压冲击不但产生噪声、引起振动,而且将降低混凝土泵的使用寿命。顶缸容易产生铁屑混入油液中,极大损害液压系统的各个元件甚至导致液压系统不能正常工作。要克服混凝土泵换向时的液压冲击,要求换向时的缓冲压力不要过高;要克服顶缸,则要求换向结束时活塞运动速度适当。这就需要对混凝土输送泵的换向系统建立动态特性的分析模型并进行理论分析,从而为科学的确定换向系统的设计参数提供理论依据。 混凝土泵换向系统的动态特性是由和S管连为一体的摆杆、活塞、缸体所组成的曲柄滑块机构(摆动机构)和液压传动系统的动态特性共同决定的。本论文对摆动机构应用拉格朗日方程建立其动力学分析模型,同时对换向液压缸不同的缓冲结构的特性及摆动机构负载阻力矩进行了深入的分析;对液压系统则借助功率键合图来建立动力学分析模型。然后,用功率接口将摆动机构的动力学分析模型和液压系统的动力学分析模型连接,建立整个换向系统动态分析模型并用MATLAB/Simulink软件进行仿真,获得了最能反映该系统动态特性的液压缸活塞运动速度及缓冲压力随时间变化关系曲线。本论文根据上述模型对某厂生产的混凝土泵换向系统进行了仿真,得到了该系统的动态特性变化曲线,并据此对换向液压缸缓冲结构进行修改后再次进行了仿真,改善了该系统换向特性。 通过仿真表明:(1)采用间隙缓冲的液压缸在克服换向系统中顶缸与克服液压冲击之间存在着矛盾。降低顶缸速度是以增加换向时间和提高缓冲压力的代价来实现的。缓冲压力过高则会引起压力冲击和振动,对系统不利。而换向时间过长,又会使S管在换向中产生漏料,降低生产率。所以在确定换向液压缸缓冲结构参数时应综合考虑两者之间的关系。(2)缓冲长度对系统动态特性的影响与缓冲间隙有关。当缓冲间隙很小时,适当的缓冲长度就可以明显地降低顶缸速度,但缓冲长度超出一定值时,并不能进一步明显降低顶缸速度,只会使换向时间明显地延长。间隙大时,缓冲长度可以确定长一些,间隙小时,缓冲长度应该短一些。减小缓冲间隙虽能显著地降低顶缸速度,但会提高缓冲区压力峰值,引起压力冲击。所以应综合考虑两者的关系,当顶缸为主要矛盾时,应主要减小缓冲间隙,当压力冲击为主要矛盾时,应主要加大缓冲间隙,而缓冲长度可根据缓冲间隙、结构要求适当调整。(3)缓冲长度对缓冲压力的峰值影响不大。(4)负载对系统动态特性影响较大:当负载小时,换向时间缩短而顶缸速度与缓冲压力都提 WP=5 高;当负载大时,换向时间延长而顶缸速度与缓冲压力都降低。


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