一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法与流程

本发明涉及到臂架类机构的性能模仿仿真计算领域，具体涉及到一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法。

背景技术：

1、混凝土泵送设备是一种利用管道将混凝土输送到施工现场的建筑工程机械，臂架系统一般由臂架泵、上车多路阀、平衡阀、3-7节臂、油缸和输送管组成。臂架的平衡方式在非工作状态下，变幅油缸大小腔中平衡阀均不开启，保持油缸内压力稳定，臂架系统保持稳定。在臂架系统动作工况下，如果大腔进油，油液经过大腔平衡阀的单向阀进入油缸大腔，先导压力也会打开小腔平衡阀控制阀芯进行回油；如果小腔进油，油液经过小腔平衡阀的单向阀进入油缸小腔，先导压力也会打开大腔平衡阀控制阀芯进行回油。在臂架系统动作工况下，平衡阀执行单向功能时，容易维持在开启位置，一般不会发生由于平衡阀引起的不稳定现象。但在承受负负载，平衡阀进入、处于和结束液控节流功能时，平衡阀主阀芯容易发生抖动，引起系统振动。如图1所示可知，在展开正负载与收回负负载过程中较其他负载工况系统压力波动大。

2、平衡阀作为臂架系统里的重要元件，平衡阀的稳定性和可靠性直接影响到整个臂架系统的稳定性和平衡性，因此在设计过程中常需要反复对平衡阀的流体性能、系统性能和结构性能进行评价、验证和优化，目前为了优化平衡阀的性能，会根据平衡阀工作原理或结构对平衡阀的稳定性能建模仿真分析，然后得出仿真状态下影响平衡阀稳定性的要素；但传统的建模仿真只是单独或孤立的对平衡阀进行仿真优化，而未对平衡阀要素调整是否对整个臂架系统稳定性是否改善而未分析验证，导致优化后的平衡阀是否改善臂架系统的稳定性和平衡性的效果无法得到保障。

3、因此，针对现有技术中存在的问题，需要提供一种可控制臂架类机构的平衡和稳定性的方法，保证通过优化设计后的平衡阀能够改善臂架类系统的稳定性和平衡性。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种臂架类机构的平衡和稳定性的控制方法，保证通过优化设计后的平衡阀能够改善臂架类系统的稳定性和平衡性。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该控制方法包括以下步骤；步骤一：确定平衡阀的关键要素，根据平衡阀在负负载工况下进入、处于和结束液控节流功能时出现的不稳定现象，确定影响平衡阀性能的关键要素；步骤二：对平衡阀进行建模仿真，根据平衡阀结构原理、实测数据与计算数据，采用amesim软件对平衡阀进行建模仿真；步骤三：建立臂架系统模型，在液压系统建模部分，对臂架液压系统建模，并进行验证；在泵车多体动力学部分，建立泵车多体动力学模型，并与实测数据进行验证；在完成臂架液压系统、泵车多体动力学模型修正的基础上，由液压系统驱动臂架三维动力学模型进行联合驱动，建立机电液联合仿真虚拟样机，实现臂架机构复合动作的动态特性输出；步骤四：分析关键要素，在臂架展开负载工况下，对确定的关键要素进行批处理分析，确定各关键因素对臂架系统稳定性的影响；步骤五：对臂架系统稳定性进行测试验证，在臂架系统模型中，通过调整平衡阀的关键要素的参数，测试臂架系统稳定性情况；步骤六：设计平衡阀结构，利用步骤五中的测试信息，优化平衡阀关键参数的设计与选型。

3、上述技术方案中，通过确定平衡阀的关键要素，明确验证对象，指明提高平衡阀稳定性优化设计的方向，减少其他次要要素的干扰，提高仿真分析结果的准确性；建立臂架系统模型，机电液联合仿真虚拟样机，真实模拟臂架系统的工作特性，提高臂架系统稳定性分析的准确性；将平衡阀建模设置在臂架系统中进行测试验证，通过调整平衡阀的关键要素的参数，测试臂架系统稳定性情况，进而能够准确判断调整平衡阀的关键要素是否影响臂架系统的稳定性和平衡性，从而保证优化设计后的平衡阀功能的可靠性和稳定性。

4、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，关键要素为平衡阀的弹簧刚度、几何开启比、阻尼孔配置、平衡阀通径。

5、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，在步骤二中，建立组合型平衡阀模型，在amesim软件的库中找出与各个所述关键要素对应的元件模型，并根据平衡阀工作原理，建立液压阀件仿真模型。

6、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，关键要素的参数包括阻尼孔直径、弹簧刚度、几何开启比、平衡阀通径的大小。

7、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，几何开启比采用如下公式计算：

8、kc＝a3/a1

9、其中，a3—控制压力作用面积；a1—负载压力作用面积。

10、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，阻尼孔采用如下公式进行配置：

11、

12、其中，p3：平衡阀控制压力；d1：主阻尼孔直径；d2：旁路阻尼孔直径；pa：变幅油缸小腔中压力。

13、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，通过测量油缸运行速度的波动情况表征关键要素对臂架系统的稳定性的作用。

14、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，在步骤二中，所述组合型平衡阀模型为对称设置的两个平衡阀模型。

15、进一步地，作为对上述技术方案进一步地改进，在步骤五中，调节阻尼孔的直径，通过检测变幅油箱大腔中平衡阀控制压力波动幅值以及臂架系统波动时间，得出阻尼孔直径对臂架系统稳定性的影响。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)通过确定平衡阀的关键要素，明确验证对象，指明提高平衡阀稳定性优化设计的方向，减少其他次要要素的干扰，提高仿真分析结果的准确性；建立臂架系统模型，机电液联合仿真虚拟样机，真实模拟臂架系统的工作特性，提高臂架系统稳定性分析的准确性；将平衡阀建模置入臂架系统中进行测试验证，通过调整平衡阀的关键要素的参数，测试臂架系统稳定性情况，进而能够准确判断调整平衡阀的关键要素是否影响臂架系统的稳定性和平衡性，从而保证优化设计后的平衡阀功能的可靠性和稳定性；(2)通过油缸运行速度的波动情况表征臂架系统的稳定性，能够在保证检测的准确性的同时，提高检测的便利性；(3)通过设置关键要素具体确定公式，能够更好的预判调整关键要素的参数的方向和效果，从而优化平衡阀关键参数的设计与选型。缩短设计周期，降低设计成本的效果。

技术特征：

1.一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，所述控制方法包括以下步骤；

2.根据权利要求1所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：所述关键要素为平衡阀的弹簧刚度、几何开启比、阻尼孔配置、平衡阀通径。

3.根据权利要求2所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：在步骤二中，建立组合型平衡阀模型，在amesim软件的库中找出与各个所述关键要素对应的元件模型，并根据平衡阀工作原理，建立液压阀件仿真模型。

4.根据权利要求2所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：所述关键要素的参数包括阻尼孔直径、弹簧刚度、几何开启比、平衡阀通径的大小。

5.根据权利要求4所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：所述几何开启比采用如下计算公式：

6.根据权利要求4所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：阻尼孔采用如下公式进行配置：

7.根据权利要求4所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：通过测量油缸运行速度的波动情况表征关键要素对臂架系统的稳定性的作用。

8.根据权利要求3所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：所述组合型平衡阀模型为对称设置的两个平衡阀模型。

9.根据权利要求4所述的一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，其特征在于：在步骤五中，调节阻尼孔的直径，通过检测变幅油箱大腔平衡阀控制压力波动幅值以及臂架系统波动时间，得出阻尼孔直径对臂架系统稳定性的影响。

技术总结
本发明提供一种臂架类机构平衡和稳定性的控制方法，通过确定平衡阀的关键要素，明确验证对象，减少其他次要要素的干扰，提高仿真分析结果的准确性；建立臂架系统模型，真实模拟臂架系统的工作特性，提高臂架系统稳定性分析的准确性；将平衡阀模型置于臂架系统中进行测试验证，调整平衡阀的关键要素的参数，测试臂架系统稳定性情况，能够更加准确的判断调整平衡阀的关键要素是否影响臂架系统的稳定性和平衡性，保证优化设计后的平衡阀功能的可靠性和稳定性；通过设置关键要素具体确定公式，能够更好的预判调整关键要素的参数的方向和效果，从而优化平衡阀关键参数的设计与选型，缩短设计周期，降低设计成本的效果。

技术研发人员：石峰,王福鑫,苗联军,石秋梅,王超
受保护的技术使用者：徐州徐工施维英机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12