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        三峽升船機防撞桁架下降速度異常分析

        2020-02-26 06:06:36明,陳
        水運工程 2020年2期
        關鍵詞:分析

        李 明,陳 新

        (長江三峽通航管理局,湖北 宜昌 443002)

        1 鋼桁架工作原理

        鋼桁架由鋼桁架結構、支鉸軸、支鉸軸套以及鎖定孔軸套等設備組成。鋼桁架主體結構為桁架形式。鋼桁架的一端鉸接在船廂一側主縱梁的外側,并可繞鉸軸在豎直平面旋轉,當鋼桁架處于下落位置時,鋼桁架另一端通過橡皮支座支承在船廂另一側主縱梁的內側。鋼桁架前端結構上設置了安裝鎖閂裝置的接口,后端設置了鎖定鋼桁架的鎖定孔。

        鋼桁架啟閉裝置由啟閉油缸、支承座、關節(jié)軸承、連接軸、軸端擋板、剪力塊以及連接件等零部件組成。其中啟閉油缸為雙作用缸,采用兩端鉸支,其中一端鉸支在與船廂結構連接的支承座上,另一端鉸支在鋼桁架的吊耳上。鉸接點均使用自潤滑關節(jié)軸承。支承座與船廂結構通過螺栓連接,并且設置剪力塊。油缸上設行程檢測裝置,如圖1所示。

        圖1 桁架裝置

        目前,三峽升船機的防撞桁架下降過程中,均有缸旁平衡閥穩(wěn)定動作速度,且均在接近下降到位時設置了減速措施,以使得防撞桁架下降平穩(wěn)。

        2 防撞桁架受力與仿真建模

        依據防撞桁架的動作原理,建立液壓油缸及執(zhí)行機構模型,如圖2所示。

        注:p1、q1為桁架油缸無桿腔壓力和流量;p2、q2為桁架油缸有桿腔壓力和流量;G1、G2為桁架支鉸中心兩側的桁架自重;f為桁架支鉸處的阻力。

        圖2桁架受力模型

        依據防撞桁架液壓系統(tǒng)原理,結合桁架機構動作原理和自動控制程序,建立AMESim近似模型[1-4],如圖3所示。

        圖3 桁架AMESim建模

        3 桁架下降速度影響因素計算分析與仿真

        3.1 改變有桿腔回油路的節(jié)流口面積A

        液壓油缸缸旁均有平衡閥和溢流閥,節(jié)流口的通流面積大小可以改變液壓系統(tǒng)的液阻和流量,由流體力學可知,流經節(jié)流口的流量-壓力特性方程[5]為:

        (1)

        式中:q為節(jié)流口流量;Cd為閥口流量系數;ρ為流體密度;A為節(jié)流口截面積;Δp為節(jié)流口前后壓差;m為節(jié)流口特征指數。

        當系統(tǒng)中某一點的其他因素不變,可認為流量q是與通流截面積A有關的單一函數:

        q=f(A)

        (2)

        仿真分析結果如圖4所示,油缸行程變化特點與上述一致。

        圖4 油缸行程變化

        3.2 改變防撞桁架的摩擦阻力f

        桁架下降過程中,由受力分析,防撞桁架的運動方程為:

        (3)

        定義角度β與防撞桁架轉動角度θ、油缸活塞桿行程x的關系為:

        (4)

        則當f變大時,油缸無桿腔進油口的壓力p1會增大,當p1超過系統(tǒng)溢流保護閥設定的壓力值時,系統(tǒng)產生溢流,q1減小。

        (5)

        仿真分析如圖5所示。f1

        圖5 系統(tǒng)壓力變化

        3.3 改變防撞桁架的減速行程點

        由防撞桁架下降時的受力分析方程,以及防撞桁架下降到位時終點行程值是固定值這一特點,推得桁架減速下降時的運動學方程:

        (6)

        式中:x、xs、θ為桁架在時間t內的初始行程、結束行程、轉動角度;l1為桁架在轉動支鉸一側的長度。

        防撞桁架下降時的角速度方程為:

        (7)

        當有減速行程點x1和x2時,且x1

        仿真分析如圖6所示。x1

        圖6 油缸行程變化

        4 結語

        1)由防撞桁架受力建模計算及分析,回油路節(jié)流口面積、外負載阻力、控制程序均會影響防撞桁架下降的速度和時間,節(jié)流口面積增大會使防撞桁架下降速度變快,外負載阻力增大會使防撞桁架下降時間延長,控制程序對減速點的設定值增大會使防撞桁架下降速度變快、下降時間縮短,都會造成速度異常故障。

        2)由防撞桁架AMESim建模分析,仿真數據曲線特點基本與分析一致,能夠幫助掌握相關變量變化對防撞桁架下降速度的影響規(guī)律,對桁架速度異常問題的解決起到積極作用。

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