基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真論文

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1、 本科畢業(yè)論文（設計） 題 目 基于Amesim的取絞車 液壓系統(tǒng)設計與仿真 作 者 院 (系) 專業(yè)班級 學 號 指導教師 答辯日期 本科畢業(yè)論文（設計）任務書 題 目 基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 題目來源 教師自擬 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 指導教師 職 稱 教 研 室 畢業(yè)論文（設計）任務與要求 設計一種額定載荷為4000T的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，要求回路設計合理，并能實現自動

2、控制，具體要求如下： 1. 根據額定載荷設計液壓控制回路。 2. 繪制自動控制電器回路圖。 3. 對主要元器件的工作原理用Amesim進行仿真 4. 對主要回路用Amesim進行仿真。 5. 編寫畢業(yè)論文一份。 畢業(yè)論文（設計）工作進程 起止時間 工作內容 2018.1.2 2018.3.1 2018.3.15 2018.3.22 2018.3.29 2018.4.7 2018.4.14 2018.4.28 1) 查閱相關資料，記錄所需的信息，確定可行性方案。 2) 理清研究思路，學習其他設計產品的優(yōu)秀方法。 3) 設計初期方案，初步計算所需液壓回

3、路的各個元件。 4) 分析方案，對其進一步優(yōu)化。 5) 初步確定方案，再次并對其可行性以及性能分析并改進。 6) 對改進后的結構進行分析，確定設計方案。 7) 使用Amesim軟件對主要元器件和主要液壓回路進行仿真。 8) 根據分析結果，仿真結果，對其最后進行改進并反思總結。 指導教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學生（簽字） 畢業(yè)論文（設計）起止時間：2017年12月27日 至2018年5月25日 注：本表由指導教師填寫，于每學年第1學期18周，經畢業(yè)論文工作組審

4、批，隨畢業(yè)論文裝訂由學院存檔。 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告 論文（設計）題目 基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 學生姓名 學號 指導教師 1、 研究本課題的目地和意義 1、研究目地 液壓絞車是國家大力發(fā)展的一門工科學科，液壓絞車作為一種通過使用液壓馬達傳動或者直接使用齒輪傳動使卷筒纏繞鋼絲繩或者鏈條提升牽引重物的起重設備。液壓絞車的系統(tǒng)速度調節(jié)是通過馬達的速度調節(jié)實現的。液壓絞車相比于其他形式的絞車而言，構造精簡、節(jié)省空間、單位重量下功率大、動力扭矩高、開啟運行穩(wěn)定、速度調節(jié)精確便捷、運行過程安全等諸多特點，被大范圍應用于各種

5、實際工程領域，受到諸多使用者的喜愛。因此研究液壓絞車系統(tǒng)對于工程領域的使用有著極為顯著的貢獻。液壓絞車以其穩(wěn)定、安全、功率大等諸多優(yōu)點被廣泛的運用在礦產、建筑、海洋、工程等領域。 本設計中主要針對液壓絞車系統(tǒng)進行設計，尤其是針對液壓絞車的主要元件和主要回路使用Amesim軟件進行仿真和檢測。本設計的設計重點在于針對額定載荷進行設計液壓控制回路，實現回路的設計合理和自動控制功能。并對主要的液壓回路元件進行Amesim軟件仿真和對主要控制回路進行Amesim仿真 2、 研究意義 本設計的主旨在于設計一款4000T的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，設計此系統(tǒng)需要對液壓絞車系統(tǒng)進行深入的計算和對Am

6、esim軟件有一定的學習。其意義有： 通過設計本課題，讓我對液壓絞車和Amesim軟件的基本內容以及設計原則有了深刻的了解。例如在設計液壓回路的時候需要計算液壓絞車的負載扭矩、絞車轉速，需要選擇液壓馬達的型號、主傳動回路泵、主傳動回路電機、油箱和控制回路 。本次畢業(yè)設計的經歷，將對我以后在液壓絞車和Amesim軟件方面的知識掌握相關有很大的幫助。 2、 國內外的液壓絞車發(fā)展狀況 1、 國內的液壓絞車發(fā)展現狀及前景 國內的液壓絞車發(fā)展現狀，2005年國內直徑最大的液壓防爆絞車在河南省洛陽中信重機公司試車成功，并且順利的發(fā)向內蒙古大雁煤業(yè)公司。這臺液壓防爆絞車直徑達3M，高度達52M，最

7、大靜張力為120KN，最大容繩量1767M，最大提升速度為4s/m，具有良好的防爆性能、穩(wěn)定的無級調速性能和低速運轉性能，節(jié)能效果明顯。這臺絞車的直徑和提升力均稱得上是國內之最。 2、 國外的液壓絞車發(fā)展現狀及前景 20世紀年代后期，日本、美國又開始推廣應用液壓馬達-機械傳動絞車。其優(yōu)點是高速小扭矩，液壓馬達具有制造容易、質量穩(wěn)定、壽命長、傳動效率高、噪音低、體積小等優(yōu)點。國外由于電器技術水平較高，機械化程度高，較早的開始推廣防爆絞車，主要是繞線行電機轉子外接電子調速。其缺點為發(fā)熱嚴重，占地面積大，電控系統(tǒng)復雜，成本高，調整型差。隨著液壓技術的不斷成熟和發(fā)展，推出了軸向柱塞式和徑向柱塞式液

8、壓馬達系列。在國外，液壓絞車根據起結構形式分為兩大類：一類是運用低速大扭矩柱塞液壓馬達直接帶動絞車卷筒的全液壓式傳動；另一類是采用高速的小扭矩柱塞液壓馬達經過減速器在帶動絞車卷筒的液壓-機械傳動式。 3、 研究內容 本課題研究的主要內容有： 1. 根據額定載荷設計液壓控制回路。 2. 繪制自動控制電器回路圖。 3. 對主要元器件的工作原理用Amesim進行仿真 4. 對主要回路用Amesim進行仿真。 5. 編寫畢業(yè)論文一份。 4、 研究方案及步驟 經分析，本課題的設計可分為以下階段： 第一階段：1)查閱相關資料，記錄所需的信息，確定可行性方案。 2)

9、理清研究思路，學習其他設計產品的優(yōu)秀方法。 3)設計初期方案，初步計算所需液壓回路的各個元件。 第二階段：1)分析方案，對其進一步優(yōu)化。 2)初步確定方案，再次并對其可行性以及性能分析并改進。 3)對改進后的結構進行分析，確定設計方案。 第三階段：1)使用Amesim軟件對主要元器件和主要液壓回路進行仿真。 2)最后根據分析結果，仿真結果，對其最后進行改進并反思總結。 5、 論文提綱 第1章 緒論 1.1研究的目的及意義 1.2國內外液壓絞車發(fā)展現狀 1.3國內外Amesim軟件的發(fā)展現狀

10、 1.4絞車的功能和結構、分類和工程應用領域概述 1.5Amesim軟件在液壓系統(tǒng)設計分析中的應用 第2章 液壓系統(tǒng)的工作原理 2.1閉式回路和開式回路的比較分析 2.2液壓絞車驅動系統(tǒng)的制動回路的設計 2.3液壓絞車驅動系統(tǒng)的沖洗回路的設計 2.4恒張力液壓絞車控制回路的設計 2.5絞車液壓系統(tǒng)的工作原理 第3章 液壓絞車的液壓系統(tǒng)的工作原理 3.1技術要求 3.1.1絞車負載扭矩的計算 3.1.2絞車轉速計算 3.2液壓馬達的選擇和扭矩驗算 3.3主傳動回路泵的選擇和驗算 3.4主傳動回路電機的選擇與驗算 3.5油箱及控制回路的設計 3.6液壓絞車的液壓系統(tǒng)

11、主要閥塊的設計及整體布置 3.7液壓電控系統(tǒng)電控部分設計 第4章 液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路的數學模型和建模仿真 4.1液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路數學模型的建模 4.2Amesim軟件的介紹 4.3Amesim液壓仿真分析 4.4液壓絞車系統(tǒng)的Amesim模型建立 4.3液壓絞車液壓系統(tǒng)主回路仿真 4.4液壓絞車液壓系統(tǒng)主要元器件的仿真 第5章 模型驗證與結果分析 第6章 結論與展望 第七章 總結 參考文獻 致謝 附件 6、 論文（設計）工作量的估計、工作條件 1、 工作量估計 1)查閱并記錄所需資料。 2)液壓回路系統(tǒng)基本性能參數的確定； 3)液壓回路系

12、統(tǒng)各個參數的選擇與計算； 4)學習使用Amesim軟件的使用方法； 5)使用Amesim軟件對液壓回路系統(tǒng)進行仿真； 6)制作畢業(yè)答辯的PPT。 2、工作條件 1)Amesim軟件。 2)在圖書館查閱相關資料以及在國內外知名網站上查閱所需的資料。 3)實驗室和工訓中心提供的有利條件。 參考文獻 [1]許福玲，陳堯明液爪與氣傳動.北京：機械業(yè)出版社，2008. [2]雷天覺，新編液壓程手冊.北京：北京理大學出版社，1998. [3]設計手冊，第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2002 [4]Andersen T.O., Hansen M.R. Evaluation o

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14、控制系統(tǒng).北京：國防工業(yè)出版社，1981，93-215 [9]香良光雄，中村峻.液壓傳動裝置[M].吳倫楷等澤,北京:國防工業(yè)出版社,1977. [10]機械設計手冊編委會，機械設計手冊[S].北京:機械一工業(yè)出版社，2004(4): 98-512. [11]濮良貴，名剛.機械設計（第七版）.北京：高等教育出版社，2001，335-349 [12]秦家升，游善蘭.AMESim軟件的特征及其應用[J].工程機械，2004（12）：6-8 [13]劉昕暉，陳晉.AMESim 仿真技術在液壓系統(tǒng)設計分析中的應用，文章編號1000-4858(2015)11-0001-06 [14]冀謙.基

15、于AMESim的小型液壓挖掘機液壓回路仿真研究，文章編號:1006-4414(2009)05-0042-03 [15]付永領,祁曉野.AMESim系統(tǒng)建模和仿真———從入門到精通[M].北京航空航天大學出版社,2006. [16]吳躍斌，謝英俊，徐立． 液壓仿真技術的現在和未來［J］.液壓與氣動，2002，(11) : 1－3． [17]余佑官，龔國芳，胡國良．AMESim 仿真技術及其在液壓系統(tǒng)中的應用［J］．液壓氣動與密封，2005，(3):28－31. [18]P．德蘭斯菲爾德.液壓控制系統(tǒng)的設計與動態(tài)分析［M］.北京: 科學出版社，1987． [19]吳曉光，宋海濤，殷新

16、勝等.基于AMESim的鉆井負載敏感液壓系統(tǒng)仿真分析[J].機床與液 壓，2008，36（3）：163-164. [20]Yokota S, Hiramoto K. Ultra high-speed electro-hydraulic servo valve by making use of a multilayered piezoelectric device (PZT) (compensation of a hysteresis by introducing a software algorithm) [J].Transactions of the Japan Society of M

17、echanical Engineers Part B, 1991, 57 (533): 182一I 87. [21]Ruan J, Ukrainetz P, Burton R. Frequency domain modelling and identification of 2D digital servo valve [J]. International Journal of Fluid Power, 2000, I (2): 76-85. [22]Morgan J M, Milligan W W. A 1kHz servohydraulic fatigue testing system

18、 [C]. Proceedings of the conference on high cycle fatigue of structural materials, Warrendale PA, USA: The Minerals, Metals&Materials Society, 1997, 305-312. 指導教師意見及建議（從選題、理論與實證準備、研究（設計）方法、工作安排等方面給出評價，并提出指導意見）： 選題符合專業(yè)要求,學生通過此論文能將理論和實際相結合,鍛煉實際動手能力,工作量飽滿,現同意開提,繼續(xù)進行后期工作! 指導教師簽名：

19、 年 月 日 畢業(yè)論文工作組意見及建議 畢業(yè)論文工作組組長簽字： 年 月 日 注：1.此表由學生填寫后，交指導教師簽署意見，經畢業(yè)論文（設計）工作組審批后，才能開題。 本科畢業(yè)論文（設計）中期檢查表 論文（設計）題目 基于 amesim 的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 學生姓名 學號 指導教師 計劃完成時間 2018 年 5 月 4 日 按照進度安排應完成的任務 1. 根據額定載

20、荷設計液壓控制回路。 2. 繪制自動控制電器回路圖。 3. 對主要元器件的工作原理用 Amesim 進行仿真 4. 對主要回路用 Amesim 進行仿真。 5. 編寫畢業(yè)論文一份。 實際完成情況 1. 根據額定載荷設計液壓控制回路。 2. 繪制自動控制電器回路圖。 3. 對主要元器件的工作原理用 Amesim 進行仿真 4. 對主要回路用 Amesim 進行仿真。 目前有哪些問題和困難，擬采取的解決方法 Amesim 軟件為全英文軟件，在元件庫和參數設置、元器件調控方面并沒有漢化，是的翻譯方面出現差異。解決方法：繼續(xù)查閱資料，尋找別人對此處的翻譯，對比不同翻譯，結合實際測

21、試得出最終結果。 檢查中發(fā)現的問題與建議 畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日 注：1.最后一欄由指導教師填寫。 2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。 畢業(yè)論文（設計）指導教師評分表 學院： 畢業(yè)論文題目 基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 評 價 項 目（參考） 分值 打分 工作 態(tài)度 01 工作態(tài)度，工作作風 20 20 02 畢業(yè)論文完成情況 能力 水平 03 查閱文獻資料能力 40 30 04 綜合運用知識能力 05 研究方案的設計能力 06 研究方法和手段的運用能力 07 外文應

22、用能力 論文 質量 08 文題相符程度 40 28 09 寫作水平 10 寫作規(guī)范程度 11 篇幅，論文工作量 12 論文的理論或實際價值 綜合評定成績 78 評 價 意 見 1. 學習態(tài)度較認真，能按時參加定期輔導，并按要求完成規(guī)定的任務工作量。 2. 論文內容設計較合理，工作量基本符合要求；通過設計過程很好了得鍛煉了學生的設計分析能力，分析結果具有一定的實用性。 3. 論文寫作較規(guī)范，格式符合要求。 達到了本科生的畢業(yè)設計要求，同意答辯。 是否同意答辯 同意答辯 指導教師（簽名）：

23、 年 月 日 注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。 評閱教師評分表 學院： 畢業(yè)論文題目 基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 評 價 項 目（參考） 分值 打分 能力 水平 01 查閱文獻資料能力 50 35 02 綜合運用知識能力 03 研究方案的設計能力 04 研究方法和手段的運用能力 05 外文應用能力 論文 質量 06 文題相符程度 50 36 07 寫作水平 08 寫作規(guī)范程度 09 篇幅，論文工作量 10 論文的理論或實際價值 綜合評定成績 71 評

24、價 意 見 論文對絞車液壓系統(tǒng)進行設計和仿真，選題具有一定的應用價值。利用AMESim對4000T液壓絞車系統(tǒng)進行仿真，對其設計合理性驗證具有一定作用。論文撰寫認真，格式規(guī)范，工作量適中，表達個別部分欠流暢，結論重復且言之無義，建議修改。 是否同意答辯 評閱教師（簽名）： 年 月 日 注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。 本科畢業(yè)論文（設計）答辯及成績評定表 學生姓名 答辯時間 題 目 基于Amesim的取絞車液壓系

25、統(tǒng)設計與仿真 記錄人 答 辯 小 組 成 員 姓 名 職 稱 姓 名 職 稱 余歷軍 教授 焦艷梅 講師 劉凌 副教授 何斌鋒 副教授 韋煒 副教授 提問及回答情況記錄（3~4個主要問題）： 1.PPT中A口B口流量曲線起始位置縱坐標橫坐標分別是什么？ 答：PPT中電磁換向閥的流量曲線圖A、B兩口的起始位置的橫坐標為時間，單位是秒（s）；縱坐標是流量大小，單位是升每分鐘（L/min） 2.設計是否從流量開始控制？ 答：本設計的設計思路是基于定載荷所需扭矩大小得到液壓馬達的輸出功率從而推出液壓泵和其他元器件的最

26、大負載時所需的壓力、流量等數據。仿真時是通過負載的變化觀察其余物理量的變化是否符合設計要求。 3.液壓回路中各種管路如何設計？是否考慮壓力？ 答：本設計所設計的液壓回路考慮的是理想模型下的液壓回路變化和液壓元器件的物理量變化，所以對于管路的設計也是理想模型下的液壓管路即各個管路中不存在泄露，不發(fā)生損耗，不損失能量。所以管路的設計中并沒有考慮壓力。 記錄人簽字： 年 月 日

27、答辯小組評語及成績： 答辯小組組長簽字： 年 月 日 指導教師成績 40% = 畢業(yè)論文 總評成績 論文 等級 評閱教師成績 20% = 答辯成績 40% = 畢業(yè)論文工作組意見： 畢業(yè)論文工作組組長簽名：

28、 年 月 日 注：1、總評成績=指導教師成績40%＋評閱教師成績20%＋答辯成績40%。 2、論文等級分優(yōu)秀（≥90分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、 不及格（＜60分）。 3、此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學院存檔。 畢業(yè)論文（設計）誠信責任書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計），是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數據、觀點等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經注

29、明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。 本人畢業(yè)論文（設計）與資料若有不實，愿意承擔一切相關的法律責任。 論文作者簽名: 基于Amesim的取絞車液壓系統(tǒng)設計與仿真 摘要：隨著液壓絞車的快速發(fā)展以及液壓絞車大量的被應用于海洋船舶、礦產開發(fā)、冶煉金屬、運輸起重等工程領域，對于液壓絞車液壓系統(tǒng)的設計要求越來

30、越高，設計的高效性、準確性、安全性越來越被人所關注。Amesim軟件的使用能夠讓設計者快速、準確、便捷的提供出符合設計者要求的液壓系統(tǒng)回路，其龐大的子模型庫和眾多的模型系統(tǒng)為設計者減輕了負擔，是的設計者不再需要去浪費大量的時間在程序編寫和數學模型的建立上，而能專注于物理模型的建立和系統(tǒng)回路的仿真。 本設計主要研究的是4000T的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，并對其主要回路和主要元器件運用Amesim軟件進行仿真，檢驗其穩(wěn)定性和合理性。 關鍵詞： 液壓絞車 Amesim軟件 仿真 建模  Design and Simulat

31、ion of Winch Hydraulic System Based on Amesim. Abstract：With the rapid development of the hydraulic winch and a large quantity of hydraulic winch is used in ocean shipping, mineral development, smelting metal, transport hoisting engineering field, such as for the design of the hydraulic winch hydra

32、ulic system demand is higher and higher, the efficiency and accuracy of design, safety is more and more attention by people. Using Amesim software designers can make rapid, accurate, convenient provided meet the requirements of the designers of the hydraulic system circuit, its massive model library

33、 and numerous model system for designers to reduce the burden, yes designers no longer need to waste a lot of time on the programming and the establishment of the mathematical model, and can focus on the establishment of physical model and the system circuit simulation. This design mainly studies t

34、he hydraulic control system of 4000T hydraulic engineering winch, and simulates its main circuit and main components using Amesim software to test its stability and rationality. Keywords: Hydraulic winch Amesim software Simulation modeling. I 目錄 第1章 緒論 1 1.1研究的目的及意義 1 1.2國內

35、外液壓絞車發(fā)展現狀 1 1.3國內外Amesim軟件的發(fā)展現狀 2 1.4絞車的基本概述 2 1.5 Amesim軟件的應用 3 第2章 液壓系統(tǒng)的工作原理 5 2.1液壓系統(tǒng)的閉式回路和開式回路的分析 5 2.2液壓絞車驅動系統(tǒng)的保壓回路的設計 6 2.3絞車液壓系統(tǒng)的工作原理 7 第3章 相關數據計算 8 3.1技術要求 8 3.2液壓馬達的選擇和扭矩驗算 8 3.3傳動回路泵的選則和驗算 9 3.4傳動回路電機的選擇與驗算 9 3.5油箱及控制回路的設計 10 3.6液壓閥的設計 10 第4章 液壓系統(tǒng)主回路的數學模型和建模仿真 12 4.1液壓系統(tǒng)主回路

36、的數學模型 12 4.2 Amesim軟件的介紹 13 4.3 Amesim液壓仿真分析 13 4.4液壓絞車系統(tǒng)的Amesim模型建立 16 4.5液壓系統(tǒng)的主回路仿真 21 4.6液壓絞車液壓系統(tǒng)主要元器件的仿真 27 第5章 結論與展望 31 第6章 總結 33 參考文獻 34 致 謝 35 III 第1章 緒論 1.1研究的目的及意義 液壓絞車的快速發(fā)展和廣泛應用迫使液壓系統(tǒng)的控制方法得到不斷的改進和發(fā)展，并且隨著在液壓絞車中PLC和單片機等控制模塊的廣泛使用及其自動化、智能化程度越來越高，使得液壓絞車的液壓系統(tǒng)更加的簡便，其可操作性、安全

37、程度、準確性都得到了大幅的提高。 在液壓絞車的控制和檢測方面集成化、模塊化的控制方式和數字化高效化的檢測方式已經在液壓絞車上得到了完整成熟的應用。而關于液壓絞車層次輸出方式方面液壓絞車已經能夠完美的完成一定速度下的輸出或者一定的張力輸出下的輸出方式。在液壓絞車的測試方式方面，測試者使用壓力傳感器測量液壓馬達的進油口和出油口的壓力值大小通過計算或智能模塊的數據轉換得到馬達的輸出扭矩。測試者能夠使用光電編碼器來測量纜繩的收放速度快慢在通過計算或智能模塊的數據轉換來得到纜繩的長度。 本設計中主要針對液壓絞車系統(tǒng)進行設計，尤其是針對液壓絞車的主要元件和主要回路使用Amesim軟件進行仿真和檢測。本

38、設計的設計重點在于針對額定載荷進行設計液壓控制回路，實現回路的設計合理和自動控制功能。并且針對主要的液壓控制回路和液壓回路主元件使用Amesim軟件進行模擬仿真。 本設計的主旨在于設計一款4000T的液壓工程絞車的液壓控制系統(tǒng)，設計此系統(tǒng)需要對液壓絞車系統(tǒng)進行深入的計算和對Amesim軟件有一定的學習。其意義有： 通過設計本課題，讓我對液壓絞車和Amesim軟件的基本內容以及設計原則有了深刻的了解。例如在設計液壓回路的時候需要計算液壓絞車的負載扭矩、絞車轉速，需要選擇液壓馬達的型號、主傳動回路泵、主傳動回路電機、油箱和控制回路 。本次畢業(yè)設計的經歷，將對我以后在液壓絞車和Amesim軟件方

39、面的知識掌握相關有很大的幫助。 1.2國內外液壓絞車發(fā)展現狀 國內的液壓絞車發(fā)展現狀:在2005年，在中國河南省洛陽市有一臺直徑長達3米，高度高至52米，最大凈張力達120千牛的液壓防爆絞車在河南省中信重型機械公司測試成功，并成功通過運輸到達到內蒙古大雁煤業(yè)公司。這臺當時在中國稱得上是最大的液壓防爆絞車的最大繩索容積長達1767米，最大提升速度為4米每秒，它防爆炸的性能十分好，無級化的調速性能非常穩(wěn)定，低速運行的性能好。節(jié)能的效果十分明顯。這臺液壓絞車的直徑和提升力均稱得上是國內之最。而目前，在中國最大的水輪機350T，設備達到了自重150T。 國外的液壓絞車發(fā)展現狀:在1980

40、年前后，一場由日本和美國帶動的新的改變在悄悄的影響著世界，他們相繼開始采用液壓馬達來帶動絞車。這種使用液壓馬達的機械傳動絞車的主要優(yōu)點就是轉動速度快，轉動扭矩小。而且這種液壓馬達有著使用壽命長、形狀體積小、工作噪音低、運行質量穩(wěn)定、生產制造容易、機械傳動效率高等等突出的亮點。基于國外的機械化程度和由于國外的電氣技術水平和機械化程度比較高。早期防爆絞車的推廣主要就是靠繞線電機轉子的外部電子調速。但是缺點是發(fā)熱嚴重、面積大、電氣控制系統(tǒng)復雜、成本高、調節(jié)不好。隨著液壓技術的不斷成熟和發(fā)展，逐漸推出了軸向柱塞式和徑向柱塞式液壓馬達系列。在國外，液壓絞車根據起結構形式分為兩大類：一類是運用低速大扭矩柱

41、塞液壓馬達直接帶動絞車卷筒的全液壓式傳動；另一類是采用高速的小扭矩柱塞液壓馬達經過減速器在帶動絞車卷筒的液壓-機械傳動式。 1.3國內外Amesim軟件的發(fā)展現狀 AmeSim是一款系統(tǒng)工程高級建模和仿真平臺的軟件(Advanced Modeling Environment for Simulations of Engineering Systems)。在1995年IMAGINE公司創(chuàng)造了一款專門應用于液壓和機械系統(tǒng)建模的軟件，這就是Amesim。Amesim是一款針對于系統(tǒng)建模、仿真和運動學分析的優(yōu)秀的軟件。Amesim軟件作為一款針對液壓和機械系統(tǒng)建模的軟件為使用者提供了一個完整的

42、優(yōu)秀的仿真環(huán)境。Amesim軟件以其靈活性、友好性和面向實際的應用方案優(yōu)于同類型軟件，成為同類型軟件中的佼佼者。Amesim軟件通過建立大量的模型庫和數據庫來使使用者研究各種原件或回路的動力學特征，而Amesim的模型庫和數據庫在使用者的使用過程中得到不斷地積累進而不斷地升級和改進。 IMGINE公司本身是一個從事技術咨詢的公司，該公司通過開發(fā)Amesim軟件并將其應用在世界上與其合作的著名公司和研究所。在這些共同開發(fā)的近千個技術咨詢項目中為Amesim積累了大量的經驗和知識，在這些項目的開發(fā)中還匯聚了各個尖端研究領域的專家，這些專家在項目開發(fā)中總結出一套行之有效的方法并且將這些方法和經驗傳

43、授給他們的客戶和朋友學生等，使得Amesim軟件的到了大范圍的推廣。 由于這些人的使用和推廣加之Amesim自身優(yōu)秀的特點使得Amesim軟件在國外成為了在建模和仿真領域的一種標準軟件。在國內近幾年來國內的學者們因為在其使用過程中感覺到的使用方便、快速、準確使得國內也有越來越多的人開始使用和學習Amesim軟件 。這款軟件作為一款優(yōu)秀的高級建模和仿真軟件一定能在建模和仿真領域對使用者有所幫助，也能為自主創(chuàng)新和模擬仿真提供一個優(yōu)秀的環(huán)境。 1.4絞車的基本概述 在冶煉金屬的過程中、在礦產開發(fā)的應用中和在海洋船舶的使用中經常會用到一種有著悠久歷史的工程領域常用的裝置-絞車。從古代社會開始

44、絞車的用途就確定在了運輸重物上，恰當的使用絞車能夠使得使用者放大自身的力量來運輸一些重量遠超自身力量的物體從而節(jié)省力氣提高效率。古代的絞車就是絞盤，這種絞盤由軸和輪組成，在垂直于兩側的支撐架的滑輪和滑輪上的纜繩也是絞盤不可或缺的必要組成。纜繩的作用是用來連接重物和絞盤，使用者用力轉動手柄使得滑輪纜繩和物體一起提升。如圖1.1所示是一種古代絞車。 圖1.1古代絞車 卷揚機，也就是現代的絞車它是由古代的絞盤通過不斷地演化和改進發(fā)展而來。卷揚機是由電機帶動滾筒旋轉使得纜繩或者鐵絲在滾筒上纏繞或者釋放從而達到提起或者放下物體的動作。現代的絞車使用的方式有很多，它的應用方位也很廣泛比如海洋建筑和

45、礦產等各個領域。 如圖1.2所示為現代的一種液壓絞車。 圖1.2現代液壓絞車 現代絞車的結構上主要是用滾筒的旋轉來帶動纜繩或者鐵絲來收放物體?，F代絞車一般有三個部分分別是動力、承載和輔助裝置。動力裝置是使?jié)L筒旋轉帶動纜繩或者鐵絲收放的設備包含有驅動機構、傳動機構和控制機構。承載裝置就是收集纜繩和排放纜繩的裝置，其包含了容納纜繩的容繩機構和控制纜繩運動的排纜機構。輔助裝置包含負責運動滑輪機構、負責導向的導向輪機構、檢測速度的速度反饋模塊、檢測壓力大小的壓力反饋模塊、檢測物體距離的距離反饋模塊等。 絞車根據其不同的特征有著許多種分類方式，絞車可以根據動力裝置來分類，可以根據適用范圍

46、和應用情況來分類，也可以根據工作方式來分類 。 1.5 Amesim軟件的應用 Amesim軟件是一款在工程系統(tǒng)模型建立方面提供圖形化的時域和頻域仿真環(huán)境的優(yōu)秀軟件，它能使使用者在模型建立、仿真和動態(tài)分析方面提供大量的幫助。Amesim軟件的數據庫和模型庫中包含的已經存在的模型可以來桂枝所需的實際模型，如果Amesim軟件的數據庫和模型庫中不存在使用者所需要的模型使用者也可以簡歷不存在的新的子模型元件來構建時機模型。在Amesim軟件中使用者也可以去修改現有的模型或者新建的子模型，通過修改子模型和改變模型參數來進行動態(tài)仿真，在動態(tài)仿真結束后可以直接來繪制使用者所需要的某種數據的曲線來分

47、析仿真的結果。Amesim軟件的操作界面簡便友好，操作方法簡單易上手。使用Amesim軟件可以讓使用者迅速的完成建模的最終目標，也能夠讓使用者在建模結束后來分析和優(yōu)化設計，從而降低在設計開發(fā)環(huán)節(jié)的成本和周期。 第2章 液壓系統(tǒng)的工作原理 2.1液壓系統(tǒng)的閉式回路和開式回路的分析 液壓系統(tǒng)的液壓回路根據液壓油出入液壓馬達之后的循環(huán)方式的不同分成開式液壓回路和閉式液壓回路。使用液壓泵從液壓油油箱通過吸油過濾器吸入低壓的液壓油，通過液壓泵轉化為高壓的液壓油到達液壓馬達的兩個腔，液壓油流經液壓馬達最后回流流回液壓油油箱，這種循環(huán)的方式叫做開式回路。使用開式回路會在液壓油從液壓馬達回流至液壓油油

48、箱時產生泄露造成泄漏損失和污染。與開式回路不同在變排量泵與液壓馬達之間存在著封閉結構的液壓回路被稱為閉式液壓回路。閉式回路雖然整體式封閉結構但是也存在一定量的泄漏損失所以閉式回路必須安裝一種叫做補油泵的裝置來補充泄露所造成的泄漏損失。補油泵補充的液壓油直接流入主液壓回路，超出主液壓回路的所需的液壓油會通過一個單向的溢流閥來流出。閉式液壓回路的液壓馬達的正反轉的轉向改變是通過變排量泵的排油方法或者通過安裝換向閥來改變馬達轉向的。 液壓系統(tǒng)的閉式回路是由變排量量泵、補油裝置和定量液壓馬達構成，閉式液壓回路的液壓原理圖如圖2.1所示，液壓絞車執(zhí)行機構是定排量馬達5。液壓油通過定排量馬達5的回油腔大

49、部分的液壓油進入到了4中小部分流經換向閥6和溢流閥，經過散熱器的降溫流回油箱。閉式回路中這一小部分流回油箱的液壓油是通過補油泵1的存在來補充的，而補油泵的壓力是通過溢流閥來進行調節(jié)保護其安全運行的。閉式回路中是在溢流閥和單向閥的共同工作下構成了閉式回路的系統(tǒng)高壓保護單元。 圖2.1閉式調速回路圖 液壓系統(tǒng)的開式調速回路是由變排量泵、電磁換向閥、平衡閥、溢流閥構成。它的工作原理如圖2.2所示。變排量泵1做為控制液壓絞車旋轉速率的快慢，電磁換向閥4用來改變液壓絞車的轉動方向，溢流閥2-2的作用是防止液壓馬達載荷腔一側的壓力過高，通過是高出部分的液壓油流回油箱來保持平衡達到穩(wěn)定。當液壓回

50、路處在提起物體即纜繩回收的狀態(tài)的時候，三位四通電磁換向閥4閥芯位于右側，這個時候5中的單向閥開始工作節(jié)流閥不參與工作單向閥3-1使液壓馬達得到了最小的運轉壓力。當回路位于放下物體即纜繩放開的時候，三位四通電磁換向閥4的閥芯位于左側單向閥3-2用來補充所需的液壓油防止液壓馬達的非載荷腔側為保持平衡而吸入空氣對液壓馬達造成不必要的損傷，此時5中進油單向閥不參與工作節(jié)流閥開始工作。為了防止物體失去控制的放下造成安全隱患此時由節(jié)流閥主動構成和載荷配套的壓力用以保證在變量泵全開口狀態(tài)下，重物放回速度完全由回油節(jié)流閥開度大小調節(jié)而不會因為負荷的重量發(fā)生改變影響，保證物體能夠平穩(wěn)的被放下。 圖2.

51、2開始調速回路圖 閉式回路與開式回路相比閉式調速回路系統(tǒng)的液壓馬達的負載油腔不需要使用任何方式就能夠使得平衡負荷然而由于閉式系統(tǒng)存在許多執(zhí)行機構所以很難去共同使用一種液壓油。因此在很多情況下液壓回路選擇開式回路。使用開式調速回路系統(tǒng)時液壓絞車必須使用回油節(jié)流閥來平衡負荷保護回路，而開式調速系統(tǒng)作業(yè)性能和閉式調速系統(tǒng)一樣。 由于本設計需要大功率液壓絞車，故采取開式調速回路來設計液壓回路。 2.2液壓絞車驅動系統(tǒng)的保壓回路的設計 圖2.3保壓回路圖 液絞車驅動系統(tǒng)的保壓在液壓絞車平時的工作中使液壓絞車將物體吊在空中保持不動時能夠使液壓絞車保持穩(wěn)定。這個時候的液壓絞車液壓泵

52、處于卸荷狀態(tài)，保護液壓回路的安全。液壓絞車的保壓回路大致分為三類一種是利用蓄能器完成的保壓回路，一種是利用液壓泵完成的保壓回路還有一種是利用單向閥完成的保壓回路。本設計利用單向閥完成保壓回路，圖2.3為本設計的保壓回路圖。 2.3絞車液壓系統(tǒng)的工作原理 如圖2.4所示為使用Amesim軟件繪制的本設計的液壓回路草圖，變排量泵做為控制液壓絞車轉動速度的高低，三位四通電磁換向閥使液壓絞車的旋轉方向發(fā)生改變，同時溢流閥工作起溢流作用，防止液壓馬達負載腔側壓力太高，高出的部分流回油箱。 當液壓回路處在提起物體即收攬狀態(tài)時，三位四通電磁換向閥的閥芯位于右側，此時單向閥開始運作，節(jié)流閥停止工作

53、，單向閥使液壓馬達獲得最小運轉壓力。當液壓回路位于放下物體即放纜狀態(tài)時，三位四通電磁換向閥的閥芯位于左側，單向閥開始補充所需液壓油防止液壓馬達非負載腔側為保持平衡而吸入空氣，產生不必要的損失，此時進油單向閥停止作業(yè)，節(jié)流閥開始作業(yè)，為了防止物體失去控制的放下造成安全隱患此時由節(jié)流閥主動構成和載荷配套的壓力用以保證在變量泵全開口狀態(tài)下，重物放回速度完全由回油節(jié)流閥開度大小調節(jié)而不會因為負荷的重量發(fā)生改變影響。 圖2.4液壓回路草圖 第3章 相關數據計算 3.1技術要求 額定載荷為4000T g=9.8N/KG 經計算額定載荷為408.16KN 絞車負載扭矩的計算 絞車的負載

54、扭矩 （取排纜機構負載為鋼纜負載的5%） 取絞車直徑為0.8m 則絞車半徑r1=0.4m 絞車額定負載F1=408.1KN 經計算絞車的卷筒負載扭矩Tf≈168KN 絞車轉速計算 絞車卷筒的最高轉速為 取絞車最高速度v1=3m/s 絞車半徑r1=0.4m 經計算絞車卷筒的最高轉速ω≈71.7(rpm) 3.2液壓馬達的選擇和扭矩驗算 液壓馬達的選取主要是基于所設計液壓回路的額定壓力和負載扭矩馬達本身的空間尺寸和轉動速度也是其重要的考慮因素。如果要使用液壓馬達來達到調節(jié)速度的目地的時，也要考慮它的調節(jié)方式。由于本設計的液壓絞車回路采用的是變排量泵來達到調速的目

55、地的，因此選擇的是定排量馬達來完成設計要求。 根據設計要求本設計選用的是赫格隆（博世）公司生產的CA系列定量液壓馬達。此馬達的具體參數如表3-1。 表3.1赫格?。ú┦溃┕綜A系列定量液壓馬達型號表 取液壓絞車的液壓馬達工作壓力為31.5Mpa，馬達機械效率為96%，則額定輸出扭矩為 取液壓馬達的排量為8800cm3/rev 單位扭矩為170Nm/bar 最大轉速為220rev/min 額定轉速為170rev/min 經計算額定輸出扭矩M≈169500（N*m）＞168KN 表3.2博世力士樂公司A11VL0190參數表

56、 3.3傳動回路泵的選則和驗算 根據液壓絞車的卷筒最高轉速時液壓馬達的輸入流量為 q=8.8*71.7/0.95=664.2（L/min）（取馬達容積效率均為95%） 主泵3個選擇博世力士樂公司A11VL0190型比例變量柱塞泵，其具體參數如表3.2。 其主要參數為最小排量0cm3/r 最大排量193cm3/r 驅動慣性扭矩0.055J 最大功率236kw 最大轉速2100rpm 裝油容量3.8L 重量95KG 最高允許工作壓力為35mpa 取電機的額定轉速為1490rpm 泵的容積效率為95% 3個泵的最大輸出流量為3*193*1.49*0.95

57、=819.6L/min＞q1，滿足要求。 3.4傳動回路電機的選擇與驗算 設定絞車的卷筒最高轉速時3個泵的輸出流量相同即q1的三分之一221.4L/min 則驅動功率 F1=315 q/3=221.4 F=100 V=11.3 v1=1490 經計算驅動功率為125.3KW 所以選取160KW的電機Y-315M-2，其具體參數如圖3.3。 表3.3三項四極異步電機參數表 3.5油箱及控制回路的設計 油箱需要按照最大流量的5倍設計，即707.3*5 為3540L即3.54m3 因此油箱尺寸取長5

58、700*寬600*高1400（mm） 其有效容積經計算為3830L 3.6液壓閥的設計 根據液壓閥的一般選擇要求單向閥的選擇需要考慮其正向流動方向阻力小開啟的壓力一般為0.035至0.05MPa，其反向的流動方向不漏油，密封效果良好。所以本設計選擇TLC040A20E-7X/TLFA040WEA-7X為本設計的單向閥，其公稱壓力為31.5MPa。 據溢流閥的工作特性溢流閥的選擇需要滿足其調壓范圍，在本設計中溢流閥所需的最大壓力值為31.5MPa，所以選取TTLC040DB20E-7X/TLFA040DBT-7X為本設計的溢流閥，其最大壓力值為35MPa，完全符合本設計的需求。

59、根據節(jié)流閥的一般選擇要求，節(jié)流閥需要保證其節(jié)流口兩端的壓力差不跟隨負載的變化產生變化而本設計的最大負載為4000T,所以選取德國博世力士樂2FRM 10-3X/10LB，其最大的操作壓力是4600 PSI,最大流量為42.5 GPM。 根據換向閥的基本要求保證其流經各個口的壓力損失要小，泄漏量要小，換向要平穩(wěn)且要符合設計所要求的中位時的性能特點，所以本設計選用M型的4WE6M62/EG24N9K4。  39 第4章 液壓系統(tǒng)主回路的數學模型和建模仿真 4.1液壓系統(tǒng)主回路的數學模型 變量泵的輸出流量 其中為液壓泵的最大排量 為液壓泵的轉速 為液壓泵的調節(jié)參數

60、液壓馬達的扭矩平衡方程為 其中為液壓馬達的理論扭矩 為負載和馬達在液壓馬達傳動軸上的轉動慣量 為負載的轉動慣量 為負載和馬達在液壓馬達傳動軸上的粘性阻尼系數 馬達的輸入流量為 其中為液壓馬達的排量 為液壓泵的轉速 為回路的總泄漏系數 為回路的高壓側壓力 0為液壓泵出口到液壓馬達入口的容積 為液壓油的 體積彈性模量 經推導可得傳遞函數 4.2 Amesim軟件的介紹 LMS Imagine.Lab AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering sy

61、stems)是多學科領域的復雜系統(tǒng)建模仿真平臺。使用者使用Amesim軟件進行復雜系統(tǒng)模型的建立并通過自己建立的物理模型完成自己所需數據的計算和分析。使用者也可以在Amesim軟件中完成元器件或者系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)或動能形態(tài)的分析和研究。Amesim軟件作為一款針對液壓和機械系統(tǒng)建模的軟件使得其成為在汽車、液壓和航天航空領域的理想選擇。Amesim軟件通過建立大量的模型庫和數據庫來使使用者用一整套AMESim應用庫來設計一個系統(tǒng)，所有的這些模型都是經過測試和實驗驗證的。 IMGINE公司本身是一個從事技術咨詢的公司，該公司通過開發(fā)Amesim軟件并將其應用在世界上與其合作的著名公司和研究所。在這些共同

62、開發(fā)的近千個技術咨詢項目中為Amesim積累了大量的經驗和知識，在。 Amesim能夠使得使用者快速的達到建模仿真的最后的目的：分析優(yōu)化使用者的設計，協助使用者減少資本，壓縮研發(fā)周期。 LMS Imagine和Lab Amesim能夠讓使用者不需要去關注冗雜的數學建模，專心于物理模型本身且不需要書寫任何程序代碼。 4.3 Amesim液壓仿真分析 使用Amesim軟件完成一個液壓系統(tǒng)的仿真的過程一共需要分五分，分別為繪制草圖、子模型建立、參數設置、模擬仿真和讀取仿真結果。 圖4.1 Amesim軟件的草圖模式 如圖4.1為Amesim軟件的草圖模式。在此模式下可以繪制所

63、需要的模型，建立物理模型，繪制草圖。 圖4.2 Amesim軟件元器件庫 如圖4.2為Amesim軟件在草圖模式下的元器件庫，在草圖模式下可以從此處選取不同的元器件庫。其中包含有許多數據庫和模型庫，包括有液壓類、氣壓類、機械類、控制類、電磁類等等。 圖4.3 液壓元器件庫 如圖4.3為Amesim軟件在草圖模式下的元器件庫中的液壓元器件。在草圖模式下雙擊元器件庫打開元器件庫，在從元器件庫中尋找自己所需的元器件，單擊鼠標左鍵將其拖動到白色位置或者單擊鼠標右鍵選擇，再將鼠標移動至適合的位置在單擊鼠標右鍵選擇放置該元器件。 Amesim軟件的子模型模式下可以對已經繪制好的草

64、圖進行編輯，在此模式下使用者需要對草圖中的每一個元器件選擇一個相應的數學模型，如果草圖中所建立的模型不合理，不能夠形成一個完整的回路就不能進入子模型模式。 圖4.4 子模型選擇 如圖4.4為子模型模式下為某一確定元器件選擇其適合的數學模型，如圖所示所選擇界面分為名稱和簡介，如PV033該數學模型下為3位3通液壓控制閥、TFPV033為3為3通熱工水力控制閥，一個偏向于液壓系統(tǒng)的研究，一個偏向于熱力學方面的研究。 Amesim軟件的參數模式在子模型構建完成后點擊按鈕進入參數模式若自模型沒有構建完成則不能進入參數模式。 圖4.5參數設置的界面 如圖4.5為Amesim

65、軟件在參數模式下的某一特定的元器件進行參數設置的界面如圖所示可以對該元器件設置線圈的位移量、線圈的轉速、閥的最大流速、壓強等參數。 Amesim軟件的仿真模式在參數模式設置完成后點擊按鈕進入仿真模式，在仿真模式下可以對系統(tǒng)進行仿真并查看分析仿真結果。 圖4.6 仿真模式工具欄 如圖4.6所示為仿真模式工具欄，其包括Run parameters（運行參數）、start Run（開始運行）、stop run（停止運行）。 圖4.7 運行參數的對話框 如圖4.7為運行參數的對話框在該對話框中可以設定仿真的各個參數，如開始時間、結束時間、通訊間隔、最大時間步長以及誤差等，并可

66、以進行運行查看仿真結果。 在進行一次仿真結束后可以點擊任一模型進行查看，查看其在仿真過程中搜發(fā)生的變化。 4.4液壓絞車系統(tǒng)的Amesim模型建立 圖4.8液壓回路模型草圖 如圖4.8為本次設計的液壓回路模型草圖，該草圖由一個油箱和一個補油油箱、一個變排量泵、三個單向閥、兩個溢流閥、兩個電磁換向閥、一個節(jié)流閥和一個液壓馬達構成。 圖4.9溢流閥的子模型建立 如圖4.9為溢流閥的子模型建立 圖4.10單向閥的子模型建立 圖4.11排量泵的子模型建立 如圖4.10為單向閥的子模型建立 如圖4.11為變排量泵的子模型建立 圖4.12 換向閥的子模型建立 如圖4.12為換向閥的子模型建立 圖4.13 節(jié)流閥的子模型建立 如圖4.13是節(jié)流閥的子模型建立 圖4.14 液壓馬達的子模型建立 如圖4.14是液壓馬達的子模型建立 圖4.15 子模型建立完成 圖4.16 子模型編譯完成 如圖4.15和4.16為本設計的子模型建立完成與編譯完成。 圖4.17 變排量泵的參數確定 圖