李玉順，路世奇，徐云輝，呂明亮

（北京航天技術發(fā)射研究所，北京，100076）

重載發(fā)射平臺液壓缸回收失控仿真分析及對策

李玉順，路世奇，徐云輝，呂明亮

（北京航天技術發(fā)射研究所，北京，100076）

重載發(fā)射平臺在支撐液壓缸下降或進行調平時，會出現(xiàn)發(fā)射平臺下降或調平過沖的情況，對發(fā)射平臺操作的安全性和調平功能帶來不利影響，嚴重影響了應用系統(tǒng)的正常運行。通過對重載平臺支撐液壓缸下降或調平過沖進行仿真分析，提出在重載情況下解決支撐下降或調平過沖的對策及參數(shù)控制方法，對后續(xù)系統(tǒng)設計具有指導意義。

重載平臺；支撐液壓缸；過沖分析

0 引 言

由于工作需要，重載發(fā)射平臺（以下簡稱重載平臺）在各支撐液壓缸起伸到規(guī)定高度后需要調平。某重載平臺由4個液壓缸前后左右進行支撐，伸出支撐后車輛輪胎離地，平臺重量全部由支撐液壓缸承擔，一般規(guī)定回收約100～200 mm后支撐載荷全部轉移到輪胎上，支撐液壓缸不再承受載荷[1]。為實現(xiàn)該重載平臺的前后調平，手動控制該平臺的前、后支撐液壓缸同時起升，當各支撐液壓缸起升到高度位移傳感器H1檢測的高度后，4個支撐液壓缸停止外伸,根據(jù)調平檢測設備的調平信號在電控模式下點動控制2個前支撐液壓缸同時下降時（前支撐液壓回路原理見圖1，左右2個液壓缸載荷及工況一致，YA2得電油缸無桿腔通壓力油，油缸活塞桿伸出，重載平臺起升；YA1得電，液壓缸有桿腔通壓力油，油缸活塞桿回收，重載平臺下降），在不同的路面及載荷環(huán)境下會出現(xiàn)重載平臺失速下降的情況，即使電磁閥YA1斷電也無法停止（即出現(xiàn)電磁閥無法關斷的情況），當輪胎著地后電磁閥才可正常關斷，失速消除。

圖1 重載平臺支撐液壓回路原理

1 重載發(fā)射平臺液壓缸回收失控仿真

1.1 仿真模型及原始參數(shù)

根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和動作流程建立的仿真模型[2]如圖2所示。在實物系統(tǒng)中，當支撐液壓缸起升到一定高度后進行回收時，正常的運動步驟為：缸筒在重載作用下下降，活塞桿觸地不動；當輪胎觸地承載后，缸筒不動，活塞桿在額定流量和壓力下正?；厥?。由于缸筒和活塞運動具有相對性，仿真模型中將缸筒作為參照基準（不動點）進行研究，不會影響仿真結果。

圖2 系統(tǒng)仿真模型示意

仿真參數(shù)如下：

單缸載荷質量為12 000 kg，電磁換向閥型號為4WE10E3X/CG24N9K4，換向時間可調節(jié)為20～200 ms，通徑為10 mm；理論極限功率為N=50 kW[3]，系統(tǒng)實際壓力為20 MPa，油源流量為30 L/min。其他參數(shù)（如油缸結構參數(shù)）按照實際參數(shù)給出。

1.2 仿真工況及結果分析

從液壓專業(yè)知識經(jīng)驗來看，考慮到調節(jié)方便性和閥件的使用特性，一般對于換向時間可調的電磁換向閥的切換時間調節(jié)在40～100 ms，因此仿真過程將換向時間40 ms和100 ms作為典型工況，下面分別按照以下兩種情況進行分析。

a）電磁換向閥換向時間為40 ms，正腔壓力為0 MPa。平臺下降瞬間電磁換向閥的壓力流量曲線如圖3所示。

圖3 平臺下降瞬間電磁換向閥的壓力流量曲線

圖4 平臺下降瞬間電磁換向閥的壓力流量曲線

從圖3、圖4的仿真曲線可以看出：

a）在平臺下降的瞬間，壓力和流量在0.2 s內均達到最大值，有較大的壓力和流量沖擊，因電磁閥節(jié)流和液動力[4]作用，最終在壓力達到平衡重載質量后系統(tǒng)趨于穩(wěn)定階段。此階段雖然壓力流量穩(wěn)定，平臺屬于穩(wěn)定快速下降，但是其運動速度約為150 m/s，對實際情況而言，在該速度下發(fā)射平臺的輪胎較快著地，此時載荷將轉移到輪胎及車架，活塞桿才按照正常的回收速度回收。

c）從圖3和圖4曲線對比可看出，電磁閥換向時間越短，壓力峰值越大，但是流量峰值基本不變。換向時間越長，壓力和流量波動的頻率變小，且壓力波動幅值降低，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，但是系統(tǒng)壓力和流量之積沒有改善采用電磁換向閥延時對消除過沖現(xiàn)象效果不明顯。因此必須采取其他措施進行補償或消除重載引起的過沖。

2 消除重載平臺下降過沖措施仿真分析

對于液壓系統(tǒng)消除壓力流量過沖簡單、常用的方法是采用節(jié)流閥[7]，由于在重載下降時油缸正腔沒有壓力，造成了系統(tǒng)瞬間加速啟動[8]，因此對油缸正腔充壓和加節(jié)流閥的方式進行仿真分析，仿真過程換向閥的換向時間均取40 ms。

2.1 正腔預沖壓仿真分析

設正腔充壓5 MPa，平臺下降瞬間電磁換向閥的壓力流量曲線如圖5所示。

圖5 平臺下降瞬間電磁換向閥的壓力流量曲線

從圖5中曲線可以看出，在液壓缸正腔充壓5 MPa后，壓力和流量曲線峰波變得平緩，其峰值有所減小。從曲線上看正腔預充壓力越接近支撐液壓缸起升壓力時(即發(fā)射平臺起升時的額定工作壓力)效果越好，但考慮到系統(tǒng)載荷偏差，一般預充壓力應比最小起升壓力低2～4 MPa（曲線2中不大于第二個最小峰值），這樣不僅可以避免出現(xiàn)預充壓時異常動作，同時避免新的壓力峰波。

2.2 正腔加節(jié)流閥仿真分析

設正腔充壓5 MPa，并增加節(jié)流閥，正腔充壓增加10 mm節(jié)流閥的仿真結果曲線如圖6所示。圖7為正腔充壓增加8 mm節(jié)流閥仿真結果曲線。

圖6 正腔充壓增加10mm節(jié)流閥仿真結果曲線

圖7 正腔充壓增加8mm節(jié)流閥仿真結果曲線

通過對增加10 mm、8 mm節(jié)流閥的2組仿真曲線的綜合分析，可以得出增加節(jié)流閥可以有效地消減作用在電磁換向閥上壓力和流量均值，其中對流量峰值的效果非常明顯，使電磁換向閥的流量和壓力之積急劇減小，有效消除作用在電磁閥上的功率[9]，該方法完全可以消除流量和壓力過大而導致超電磁閥功率超限的問題。

從液壓缸正腔壓力曲線可以看出，增加節(jié)流閥對液壓缸內部壓力幾乎沒有影響，因此在校核液壓缸強度時必須考慮這種工況下的壓力沖擊和幅值。

從不同通徑節(jié)流閥抑制通過電磁換向閥工作的功率效果來看，節(jié)流閥通徑越小節(jié)流效果越明顯，對電磁換向閥斷電復位越有利。但在實際工作中，支撐液壓缸下降一定距離后輪胎會著地，因此在正?；厥者^程不需要節(jié)流，必須綜合考慮?？紤]到實際系統(tǒng)應用，一般在選擇節(jié)流口大小時應按如下原則：

a）增加的節(jié)流閥開口不是越小越好，增加節(jié)流閥后通過電磁換向閥的流量和壓力之積應不大于電磁換向閥的極限功率并留有一定的余量。

b）在正常伸收支撐液壓缸的流量情況下，節(jié)流口的壓差應不大于3 MPa。節(jié)流閥通徑一般應為電磁換向閥通徑的0.8倍左右，本例中可選8 mm節(jié)流閥，在正常工作回收時通過節(jié)流閥的流量為120 L/min，其壓力損失不大于2 MPa。

3 結 論

本文通過對重載平臺支撐液壓缸下降或調平過沖進行了仿真分析，解釋了過沖的機理，同時對液壓常用的補償措施進行了仿真分析，從理論上提出了解決過沖的技術措施，并提出了對于此類系統(tǒng)如何根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)定量確定預充壓力和增加節(jié)流閥的原則和建議，經(jīng)試驗驗證可有效消除過沖現(xiàn)象。

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Simulation Analysis and Countermeasures of Losing Control of over Loading Flat’s Hydraulic Cylinders’ Drawing Back

Li Yu-shun, Lu Shi-qi, Xu Yun-hui, Lyu Ming-liang
(Beijing Institute of Space Launch Technology, Beijing, 100076)

The overshoot maybe occur when support hydraulic cylinders of a high loading flat moving which go against the safe and level adjusting work. It effects the natural functions clearly of such a system. This paper gives the countermeasures and the method of preferences basing on the simulation analysis of over rushing when high loading flat’s hydraulic cylinders’ drawing back. The findings contribute to following-up system designing.

High loading flat; Support hydraulic cylinder; Rush over analyze

V553.1

A

1004-7182(2016)05-0033-04

10.7654/j.issn.1004-7182.20160507

2016-04-08；

2016-06-10

李玉順（1970-），男，研究員，研究方向為航天地面液壓傳動與控制