液压冲击器的虚拟样机设计分析

液压冲击器的虚拟样机设计分析 ! 第 " 期 #$$% 年 # 月内燃机 &’()*’+, -./012(3.’ 4’53’)2 6.7 " 8)07 #$$% 液压冲击器的虚拟样机设计分析苗淑杰"，刘贺平#，罗阿妮# （"7 黑龙江工程学院，哈尔滨黑龙江 "9$$9$；#7 哈尔滨工程大学，哈尔滨黑龙江 "9$$$"）摘要：首先阐述液压冲击器的工作原理，然后建立冲击活塞的动力学方程，建立液压冲击铲虚拟样机的技术路线。利用 :*. ; )和 ?@&

! 第 " 期 #$$% 年 # 月内燃机 &’()*’+, -./012(3.’ 4’53’)2 6.7 " 8)07 #$$% 液压冲击器的虚拟样机设计分析苗淑杰"，刘贺平#，罗阿妮# （"7 黑龙江工程学院，哈尔滨黑龙江 "9$$9$；#7 哈尔滨工程大学，哈尔滨黑龙江 "9$$$"）摘要：首先阐述液压冲击器的工作原理，然后建立冲击活塞的动力学方程，建立液压冲击铲虚拟样机的技术路线。利用 :*. ; )和 <=+/2软件相结合建立液压冲击器的机械本体和液压系统的仿真模型，进行样机的仿真分析，检验设计的合理性，为冲击器的设计制造奠定了坚实的理论基础。关键词：虚拟样机；冲击器；仿真；设计中图分类号：!"#$%& #’ ’ ’ 文献标识码：(’ ’ ’ 文章编号：#))) *+,-,（.))%）)# *)))$ *)$ /01234 546 (4578121 9: "86;5<72= >?@<71294 !997 >& 方案进行优化设计。图 # 为液压冲击器虚拟样机的技术路线图。 )! 液压冲击器关键零部件强度分析图 #! 虚拟样机技术路线 ! ! 根据液压冲击器的工作原理和结构尺寸，利用 *+, - .建立此冲击铲的三维实体模型，首先把其导入 /0121中。活塞杆和铲头都是高频率的运动零件，受到频繁的冲击，因此这里对活塞杆和铲头进行强度分析。单元选得越多，计算结果就越精确，但计算量也就越大，为了减小计算量，这里取铲头的 & - " 进行分析，图 ) 为从不同侧面观察到的应力云图。由图 ) 可知，内部所受的应力要比表面的应力大，而且铲头尖端受到的应力最大，约为 &)&3*4，但这远小于铲头的屈服极限，因此铲头的强度满足要求。图 )! 铲头的应力云图 "! 液压冲击器的虚拟样机分析把液压冲击器模型导入到 /5461 中，此模型如图 " 所示。由于液压冲击器的配油阀设计的是特殊部件，不是标准阀体，而 /5461中的液压系统仿真部分只提供了一些常用的液压元件，例如方向控制阀、溢流阀、减压阀等，因此其液压系统仿真模型不能被直接搭建起来。这里根据配油阀的功能和动作的分析，采用两位两通阀、两位三通阀和溢流阀的组合来建立配油阀的仿真模型。然后与液压冲击器的三维实体模型相结合，建立此冲击器的整体液压系统仿真模型，见图 7。利用液压冲击器的动力学分析，对高压氮气室、密封圈的摩擦、活塞杆与铲头的碰撞、液压油压力和流量等进行设定。根据工作原理，进行零部件间的运动设定。模型建立和设定工作完成后，下面就进行液压冲击器的仿真分析。活塞杆的运动曲线、活塞的常高压腔和变压腔的压力变化曲线如图 8。从 ! ! 第 " 期苗淑杰等：液压冲击器的虚拟样机设计分析 · #!!!! · 图 $! %&’()中冲击铲的实体模型! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 图 #! 液压系统彷真模型 "* 活塞杆的位移! +* 常高压腔压力! ,* 变压腔压力图 -! 活塞杆行程为 ./ ((时的位移、常高压腔和变压腔的压力变化曲线图 - 可以看出，在活塞杆回程时，活塞的常高压腔中的压力是增加的，虽然存在突变，但总的趋势是上升的，而且回程时压力的峰值是一个周期变化的压力最大值，因此，系统压力作为反馈信号的工作原理从仿真上证实了其是可行的。回程的压力曲线突变，是因为阀的切换是需要一定时间的，如果常高压腔和油路、变压腔等在阀没有完全切断时依然相通，常高压腔的压力就不会增加很快，完全切断时，常高压腔的压力不能泄到此液压系统的其它部分，常高压腔中的压力迅速增加。 #! 结论通过对水下液压冲击铲的分析、建模与虚拟样机仿真，检验了工作原理的正确性；对活塞杆的强度、运动、活塞的两腔压力等进行了仿真分析，证明了原理的可行性。虚拟样机仿真研究能够在样机加工制造前对设计进行全面的检验，能够发现在传统的设计阶段难以发现的错误，及时修改，为设计制造的一次成功提供了可靠的依据。〔参考文献〕〔"〕! 刘贺平 * 01234!型水下机械手的误差分析与综合［5］* 哈尔滨工程大学学报，+//,* 〔+〕! 刘贺平，等 * 水下液压冲击器的机理研究［ 5］* 哈尔滨工程大学学报，+//#，+-（"）：66 7 ."* 〔,〕! 赵宏强 * 独立无机调节控制的新型液压碎石机研究［8］* 中南工业大学，"..6* 〔$〕! 潘文全 * 工程流体力学［9］* 北京：清华大学出版社， ".66* 〔#〕! 刘贺平:水下液压冲击铲虚拟样机设计及关键技术实验研究［5］* 哈尔滨工程大学学报，+//#* 〔-〕! 张新 * 机电一体化的新型压力反馈式液压冲击气系统研究［8］* 中南工业大学，"...* 〔;〕! 严金坤，张培生 * 液压传动［9］* 北京：国防工业出版社，".;.* 〔6〕! 赵宏强，何清华，等 * 独立无机调速控制的新型液压冲击器［5］* 工程机械，"...*

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