重力作用下变幅液压回路稳定性分析与验证

　　起重吊装机械在作业时，其吊臂在重力作用下下落时，变幅缸经常出现低频率抖动现象，严重影响起重吊装机械的工作性能，甚至可能造成吊臂折断事故。为解决吊臂下落时变幅缸低频率抖动问题，许多生产厂家采取在变幅液压回路中增设二次溢流阀的方法加以解决。本文采用仿真分析与试验验证相结合的方法，优化二次溢流阀压力值，以减轻变幅缸低频率抖动，提高起重机吊装作业的稳定性。

　　1.吊臂变幅液压回路工作原理

　　吊臂变幅液压回路如图1所示。当换向阀3阀芯处于左位时，定量泵1输出的压力油经换向阀3、平衡阀5到达变幅缸6无杆腔，推动其活塞上移、活塞杆伸出，使吊臂上升。活塞上移的同时，变幅缸6有杆腔中的油液经换向阀3流回油箱。

　　当换向阀3阀芯处于右位时，定量泵1输出的压力油经换向阀3到变幅缸6有杆腔，推动其活塞下移、活塞杆缩回，使吊臂下落。活塞下移的同时，变幅缸无杆腔的油液经平衡阀5、换向阀3流回油箱。

　　吊臂在上升过程中，平衡阀5仅起单向阀作用；吊臂在下落过程中，平衡阀5的作用是保证载荷平稳下降、限制下降速度和保护回路安全。

　　2.仿真分析与试验验证

　　由吊臂变幅液压回路工作原理可知，变幅缸低频率抖动的原因主要是其无杆腔和有杆腔油压产生低频率波动所致。为此，我们进行了仿真分析与试验验证。

　　（1）仿真模型的建立

　　采用AMESim软件搭建仿真模型，采用机构平面库（PLM）模拟吊臂。由于仿真分析注重吊臂在重力作用下回落过程，故对平衡阀进行了简化。变幅液压回路仿真模型如图2所示。

　　（2）仿真分析

　　为了获得变幅液压回路在吊臂下落时的动态性能，仿真模拟设定电磁阀信号从0到最大开口为0.5s，即快速操作过程。吊臂在重力作用下下降，忽略摩擦力，换向时间设定为0.5s。变幅缸无杆腔和有杆腔压力变化情况如图3所示。

　　仿真结果如下：吊臂在38s时开始下落，在55s时完成下落；变幅缸无杆腔最高压力值为21MPa，有杆腔最高压力为15MPa。在此过程中，无杆腔压力最大波动值为2MPa，有杆腔压力最大波动值为3 MPa。

　　（3）试验验证

　　在起重吊装机械上实测变幅缸无杆腔和有杆腔压力值变化情况如图4所示。

　　通过仿真与实测对比可以看出，在忽略摩擦力等条件下，仿真完全反映了压力变化趋势和变幅缸因压力变化产生抖动的情况。