基于虚拟样机技术的装车站液压系统建模与仿真

液压系统是驱动整个快速定量装车站机械设备的重要系统, 动力充沛且运行稳定的液压系统, 是快速驱动装车设备正常运行的根本保证。传统的设计模式远远不能满足装车站液压系统的设计需要。

运用先进的虚拟样机技术对液压系统进行计算机建模与仿真, 减小液压系统体积, 改善管路布局, 从而使布局更加合理美观, 较大地提高了装车站液压系统的设计质量, 缩短设计周期, 节约了成本。

近年来, 在新产品开发制造全球化与响应市场敏捷化的需求牵引下, 以系统建模/仿真技术为核心的虚拟样机技术得以迅速发展并得到了广泛的应用, 在产品开发的各个领域和不同阶段中取得了许多研究成果。

虚拟样机技术是以并行工程思想为指导, 建模仿真理论为核心, 以各领域CAx (如CAD、CAM、CAE等) /DFx (如DFA、DFM等) /仿真为工具的一种综合应用技术, 核心是建模与仿真。

如图1所示, 利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估, 缩短开发周期, 降低成本, 改进产品设计质量, 提高企业面向客户、敏捷响应市场的能力[1]。

根据液压原理、主要元件及动力装置选型, 装车站的液压系统主要分为主泵站和远程分站两大部分。具体主要由液压泵站、液压控制系统、辅助系统、油冷却系统以及液压阀组和液压管路等组成。

液压系统的动力源采用电机+泵+卸荷阀+蓄能器方式, 使用双泵或多泵实现热备, 由于用油不均衡的特点, 采用了蓄能器辅助供油, 可以保证瞬时大流量的需求, 并在断电情况下实现闸门油缸的自动复位。卸荷阀可以在工作压力达到要求和实现泵的自动卸荷, 压力不足时自动重新供油[2]。

传统的样机试制—实验—再试制模式浪费人力物力, 周期较长, 效率较低。为减小样机试制风险, 利用基于虚拟样机技术的计算机仿真对装车站液压系统进行建模仿真[4]。

主泵站包括油箱及其附件、油温油位检测、电机泵装置、蓄能器、回油过滤器、循环泵组回路, 油加热器、风冷却器以及温度、液位、压力变送器、油缸回路阀组。

原有液压系统主泵站的电机和泵装置多采用油箱横置式, 占地面积大, 布局松散, 浪费装车站内部空间, 而且很不美观。

通过计算机建模仿真技术, 改进原有的设计, 电机泵装置采用上置式一体化设计。

泵站仿真模型按照实际比例进行建模[3], 如图2所示, 同时对泵站的主要构件进行了布局优化, 减小泵站尺寸, 整体紧凑美观, 进出主管路路径清晰, 便于维护人员检查维修。

远程分站主要用于仓配料闸门调整油缸的控制和平煤整形护板的控制。主要含控制回路和蓄能器, 蓄能器下设有截止阀组。

原远程分站如图3所示, 多采用蓄能器和阀组分开摆放布置方式, 布置分散且两者需较长的管路。通过建模仿真, 将蓄能器组和阀组联合布置。明显改善布局, 节约了管路和连接组件。

装车站液压阀由于控制高速大流量煤流的需要, 使用过程中需要迅速打开和关闭, 在高速运动中会突然被制动, 由于液流和负载重量的惯性作用, 引起大的冲击致使液压阀中的局部压力急剧升高。

液压管路是整个液压系统中液压介质传输通道。管路布置的是否合理, 直接影响液压系统压力稳定性, 容易发生管路漏油和断裂情况。

如图4所示液压阀及管路的仿真模型, 通过模型可以调节阀块的大小、直观显示管路管径、长度, 管路之间的及相对位置, 及时排查和修复干涉情况, 通过模型予以修正提高设计质量, 为后期加工制作提供便利。

利用虚拟样机技术建立了装车站液压系统的计算机仿真模型, 改进了设计时存在的问题, 使液压系统中的主泵站及远程分站布置更加合理, 结构更加紧凑, 同时提高了液压阀及液压管路的设计质量和设计效率, 为以后装车站液压系统的设计研发提供了重要的方法和借鉴。

摘要：运用虚拟样机技术对快速定量装车站液压系统进行了建模与仿真, 及时发现问题改进设计, 避免了反复试制样机造成的成本浪费, 从而缩短了设计周期, 节约了成本, 为快速装车站液压系统的研制提供重要的借鉴。

关键词：虚拟样机,装车站,液压系统,建模,仿真

[1] 苏涛.虚拟样机技术在工业领域的应用及影响[J].产业与科技论坛. 2012 (09) :81-82.

[2] 吴帅, 闫春艳.快速装车站液压系统的设计.煤矿机械, 2012 (8) :26-27.

[3] 杨涛, 李伟, 张丹丹.风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究[J].机械设计与制造. 2010 (07) :190-191.

[4] 汪雪英, 蔡新娟.计算机优化在机械设计中应用[J].精密制造与自动化, 2007 (2) :44~47.