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更换油管对液压系统的影响
发布时间:2021-04-22
浏览次数:16 次

液力偶合器更换油管对液压系统的影响分析

摘要:针对更换油管对液力偶合器液压系统造成的影响,进行了液力偶合器液压系统分析,将问题简化为油管更换对压力调节阀入口压力和出口压力的影响。通过对压力调节阀、旁通阀等非标准阀等效建模,建立了液力偶合器液压系统AMESim仿真模型,分析获得的结果是油管更换后压力调节阀入口压力和出口压力均稍有降低,但可忽略不计,满足液力偶合器使用要求。实船更换油管后,压力调节阀入口压力和出口压力均没有变化,液力偶合器所有功能均能正常实现,验证了仿真分析的正确性。

关键词:液力偶合器;液压系统仿真;AMESim

液力偶合器是通过液体在旋转的叶轮中流动,完成机械能→液体能→机械能的转换,实现动力传递。在大型船舶动力系统中,液力偶合器可有效地实现离合、隔离扭振、带螺距接排、调节负载平衡等功能[1-2]。

某船配套的液力偶合器需要更换液压系统的一段油管,本文通过液压系统原理分析和AMESim软件仿真,探讨这一改动对液压系统产生的影响。

1 液压系统原理分析

液力偶合器的液压系统原理图如图1所示[3]。

液压系统包括两路液压回路,即控制油路和快速充油油路。本次更换的油管如图中粗实线所示,位于控制油路泵的出口处,更换油管所产生的影响主要是对控制油路的影响。

1—齿轮泵;2—充油阀;3—冷却器;4—压力调节阀;5—轴承等润滑油路;6—电磁控制阀;7—旁通阀;8—滤器;9—安全阀;10—快速排油阀

图1 液压系统原理图

控制油路是由两个齿轮泵1经过三通油管、安全阀9、滤器8到旁通阀7、电磁控制阀6和压力调节阀4。压力调节阀4设定压力为0.8MPa,油液在压力调节阀4里面经过一个压力为0.2MPa的背压阀后对齿轮、轴承等部件进行润滑。液力偶合器脱排时旁通阀7、电磁控制阀6关闭;偶合器获得接排指令后,电磁控制阀6打开,进而打开旁通阀7、充油阀2,油液经过旁通阀7进入快速排油阀10,使快速排油阀10关闭;充油阀2打开之后使大量油液快速进入偶合器腔体,实现接排功能。

经过分析,控制油路的功能可简单总结为以下3点:

1)对齿轮、轴承等部件进行润滑。

2)接排时打开旁通阀7。

3)接排时打开充油阀2。

对于1)情况,需要保证压力调节阀4的出口油压符合要求;对于2)、3)情况,需要保证压力调节阀4的入口油压符合要求。因而以上3点功能的实现又可以简化为保证压力调节阀4的入口压力T1和出口压力T2,从而将油管更换对液压系统的影响等效为油管更换对压力调节阀4入口压力T1和出口压力T2的影响。

下面采用AMESim液压仿真软件,分析油管更换对压力调节阀4入口压力T1和出口压力T2的影响。

2 软件仿真

2.1 建模分析

根据液压系统原理,齿轮泵选用单作用定量泵模型,管道选用HL01子模型,安全阀选用单向阀模型,快速放油阀用节流口模型[4]。

2.1.1 压力调节阀

压力调节阀的结构如图2所示,由于实际工作时阀芯很快就能到达最大位移,且行程较短,同时由于弹簧力的作用,阀口需要一定的压力才能打开,实际工作时起到背压的作用,因此压力调节阀的模型可简化为节流口与单向阀相结合的模型,润滑轴承油管上的喷油孔也等效为节流口。建立的模型如图3所示。

2.1.2 旁通阀与电磁控制阀

旁通阀是非标准阀,直接建模难以实现,本文采用组合元件库的方式,对旁通阀进行建模,如图4所示,通过控制电磁阀实现油路1和油路2相通,平衡弹簧力推动阀芯向左运动,实现油路3和油路4相通。

图2 压力调节阀结构示意图

图3 压力调节阀及喷油孔等效模型

图4 旁通阀与电磁控制阀模型

2.1.3 液压系统模型

整个液力偶合器液压控制油路AMESim模型如图5所示。

2.2 仿真模型设置

2.2.1 油泵参数设置

该油泵的模型参数为排量和转速,将泵的排量和转速赋值给AMESim模型,图5左边泵的排量为37.8mL/r,图5右边泵的排量为63.7mL/r。

2.2.2 管道参数设置

管道的主要参数是管径、管长以及壁厚。表1中的管号分别对应液压系统原理图(图1)中的管号,其对应参数如下。

2.2.3 其他参数设置

安全阀的开启压力设置为1.6MPa,快速放油阀节流口直径为2.0mm,压力调节阀模型中简化成的2个单向阀的开启压力分别为2.83bar和1.32bar,3个节流口直径分别为8.0mm、9.6mm和15.0mm。

图5 系统模型

表1 管道参数

管号管内径/mm壁厚/mm管长/mm备注①191.5421油箱到润滑油泵②13/121.0289润滑油泵到安全阀③151.5309安全阀到三通④251.5557油箱到控制油泵⑤///三通安装靠近,忽略不计⑥-1151.01700三通到滤器(管路部分)⑥-2121.0334三通到滤器(箱体部分)⑦131.0498滤器出口到压力调节阀⑧121.0133压力调节阀内部油路⑨131.0280压力调节阀到旁通阀⑩251.51000旁通阀到油箱节流口1181.0750压力调节阀到控制阀1281.0405控制阀到旁通阀

2.3 仿真结果分析

2.3.1 油管更换前(管路②通径为13mm)

油泵的转速为600r/min,其余参数按照2.2节参数设置,通过仿真获得的压力调节阀入口压力T1和出口压力T2的曲线图如图6所示,从图中可以看出,它们的稳定值分别为5.909 53bar和1.614 99bar。

2.3.2 油管更换后(管路②通径为12mm)

将管路②的通径从13mm改为12mm,其他值不变,此时压力调节阀入口压力T1和出口压力T2的曲线图如图7所示,从图中可以看出,它们的稳定值分别为5.909 33bar和1.614 92bar。

图6 压力结果图(更换前)

图7 压力结果图(更换后)

2.3.3 结果对比

对比图6,7可知,将管路②的通径从13mm改为12mm,压力调节阀的入口压力T1和出口压力T2分别只微降了0.000 20bar(0.003%)和0.000 07bar(0.004%),可以忽略不计。

2.4 改变管路通径对液压系统实现功能的影响分析

液力偶合器使用说明书中规定的润滑油压力为0.2~2.5bar,改变管路②通径后,压力调节阀的出口油压T2仍保持在1.6bar,满足润滑油压力0.2~2.5bar的要求,能够保证对齿轮、轴承等部件进行充分的润滑,保证控制油路功能1)的正常实现。

根据液力偶合器旁通阀和充油阀的设计图纸和阀件验收技术要求,大于等于2.2bar的油压可使这两个阀开启。改变管路②通径后,压力调节阀的入口油压T1仍保持在5.9bar,满足旁通阀和充油阀的开启压力要求,接排时能够顺利打开旁通阀和充油阀,保证控制油路功能2)、3)的正常实现。

由此可以看出,更换油管后液力偶合器液压系统的所有功能均能正常实现,液力偶合器可以正常工作。

3 试验

某船液力偶合器在更换油管前,测得压力调节阀的入口压力T1为6.0bar,出口压力T2为1.6bar。

根据仿真分析获得的结论,对相关油管进行更换,再次进行试验,由于压力表精度的原因,实际测得压力调节阀的入口压力T1也为6.0bar,出口压力T2也为1.6bar。

更换油管前后,压力调节阀的入口压力和出口压力没有变化。液力偶合器齿轮、轴承等部件润滑没有受到影响,接排时旁通阀和充油阀均能正常打开,控制油路的所有功能均可正常实现,更换油管对液力偶合器的功能没有产生影响。

4 结束语

本文针对液力偶合器更换管路对液压系统产生的影响,对液力偶合器液压系统进行了分析,探讨了对液压系统具体阀件产生的影响,然后通过AMESim仿真软件搭建仿真模型,分析油管更换前后主要工作点油压的变化趋势,认为更换油管不会影响液力偶合器的正常工作。根据分析结论,更换相关油管,通过试验验证了液力偶合器液压系统没有受到影响,各项功能均能正常实现。本文提供了一种更换油管对液压系统产生影响的分析方法,具有一定的参考意义。


Analysis on the influence to the hydraulic system during replacing the tubing of hydraulic coupling

HOU Tianzhu, TIAN Yuqi, WU Fan, LI Yuefeng

(No.711 Institute of China Shipbuilding Industry Group, Shanghai, 200090, China)

Abstract:Aiming at the influence to the hydraulic system during replacing the tubing of hydraulic coupling, it analyzes hydraulic coupling of the hydraulic system, illustrates the influence of the pressure to the pressure regulator at inlet pressure and outlet.Based on the models construction of the pressure regulating valve, by-pass valve and non-standard valve, it simulates hydraulic coupling hydraulic system.The results are that the pressure of pressure regulator is slightly lower at inlet pressure and outlet after replacing tubing, but the influence is negligible.The actual experiment proves that tubing replacing can ensure the simulation of all hydraulic coupling function.

Key words:hydraulic coupling; simulation of the hydraulic system; AMESim

DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2016.10.018


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