留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

起重机变幅系统Simcenter 3D机液联合仿真分析

张旭飞 邵焱 付玉琴 权龙

张旭飞, 邵焱, 付玉琴, 权龙. 起重机变幅系统Simcenter 3D机液联合仿真分析[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 334-341. doi: 10.3901/JME.2022.24.334
引用本文: 张旭飞, 邵焱, 付玉琴, 权龙. 起重机变幅系统Simcenter 3D机液联合仿真分析[J]. 机械工程学报, 2022, 58(24): 334-341. doi: 10.3901/JME.2022.24.334
ZHANG Xufei, SHAO Yan, FU Yuqin, QUAN Long. Mechanical and Hydraulic Co-simulation Analysis for Crane Luffing System based on Simcenter 3D[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 334-341. doi: 10.3901/JME.2022.24.334
Citation: ZHANG Xufei, SHAO Yan, FU Yuqin, QUAN Long. Mechanical and Hydraulic Co-simulation Analysis for Crane Luffing System based on Simcenter 3D[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2022, 58(24): 334-341. doi: 10.3901/JME.2022.24.334

起重机变幅系统Simcenter 3D机液联合仿真分析

doi: 10.3901/JME.2022.24.334
基金项目: 

国家自然科学基金 51805360

中国博士后科学基金 2019T120196

中国博士后科学基金 2018M640249

高端工程机械智能制造国家重点实验室开放基金 HT059-2019

详细信息
    通讯作者:

    张旭飞(通信作者),男,1989年出生,博士,副教授,硕士研究生导师。主要研究方向为机电耦合建模与仿真、振动测试与控制。E-mail:zhangxufei@tyut.edu.cn

  • 中图分类号: TH137

Mechanical and Hydraulic Co-simulation Analysis for Crane Luffing System based on Simcenter 3D

  • 摘要: 针对传统起重机变幅系统仿真分析中未建立机械结构准确模型,不能精确模拟变幅动作过程的问题,以某大型起重机为例,在变幅机构的工作原理和简化数学模型分析基础上,基于NX和AMESim软件分别建立高精度三维机械结构和液压系统仿真分析模型;然后在NX的运动分析模块Simcenter 3D中建立机液联合接口,继而搭建机械-液压联合仿真分析系统,仿真计算了变幅上升过程中的变幅液压缸无杆腔压力和变幅角度等关键参数曲线,并进一步计算传统情况单独基于AMESim的仿真分析结果;通过将机液联合仿真与基于AMESim的仿真分析结果与试验测试结果对比可知,联合仿真分析的无杆腔压力和变幅角度等关键参数分布曲线更接近试验测试曲线,可大幅提高仿真分析精度,更准确模拟起重机的变幅动作过程。

     

    针对传统起重机变幅系统仿真分析中未建立机械结构准确模型,不能精确模拟变幅动作过程的问题,以某大型起重机为例,在变幅机构的工作原理和简化数学模型分析基础上,基于NX和AMESim软件分别建立高精度三维机械结构和液压系统仿真分析模型;然后在NX的运动分析模块Simcenter 3D中建立机液联合接口,继而搭建机械-液压联合仿真分析系统,仿真计算了变幅上升过程中的变幅液压缸无杆腔压力和变幅角度等关键参数曲线,并进一步计算传统情况单独基于AMESim的仿真分析结果;通过将机液联合仿真与基于AMESim的仿真分析结果与试验测试结果对比可知,联合仿真分析的无杆腔压力和变幅角度等关键参数分布曲线更接近试验测试曲线,可大幅提高仿真分析精度,更准确模拟起重机的变幅动作过程。
  • 图  起重机变幅机构

    图  变幅机构简图

    图  变幅机构液压系统原理

    图  变幅机构联合仿真分析系统

    图  联合仿真液压缸无杆腔流量及压力

    图  联合仿真变幅角度

    图  机械结构AMESim二维模型

    图  液压缸无杆腔压力对比

    图  起重机变幅试验系统

    图  10  变幅角度对比

    表  1  液压缸参数

    参数 数值 参数 数值
    缸径/mm 420 有杆腔初始压力/MPa 0.33
    杆径/mm 380 活塞初始位移/mm 2 152.7
    无杆腔初始压力/MPa 3.2 行程长度/mm 4 367
    下载: 导出CSV

    表  2  实验装置型号及技术参数

    名称 型号 主要参数
    数据采集卡 Sirius 供电6~36 V直流;最大带宽10 MHz
    压力传感器 A-10压力变送器 测量范围0.1~60 MPa;非线性度0.25%或0.5%;输出信号0~10 V、0~5 V
    角度传感器 倾角计IS40系列 测量范围:±10°、±45°、±60°;分辨率≤0.05°、≤0.1°、≤0.15°
    下载: 导出CSV
  • [1] 滕儒民, 姜宏图, 谢涛, 等. 考虑大变形的汽车起重机受限空间下倾覆稳定性分析[J]. 大连理工大学学报, 2021, 61(2): 151-159. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLLG202102006.htm

    TENG Rumin, JIANG Hongtu, XIE Tao, et al. Analysis of overturning stability of truck crane in confined space considering large deformation[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2021, 61(2): 151-159. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLLG202102006.htm
    [2] 宁玮, 王瑾. 大吨位汽车起重机起重性能计算方法研究[J]. 机械工程学报, 2017, 53(13): 90-100. doi: 10.3901/JME.2017.13.090

    NING Wei, WANG Jin. Study on calculation methods of lifting capacity for big tonnage mobile crane[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(13): 90-100. doi: 10.3901/JME.2017.13.090
    [3] 徐彦, 刘杰, 孙光复, 等. 刚柔耦合运动对起重机吊臂振动固有频率的影响[J]. 机械工程学报, 2006, 42(8): 142-145. doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2006.08.024

    XU Yan, LIU Jie, SUN Guangfu, et al. Influence of rigid body and deformation coupling on the vibrating natural frequencies of the boom in a crane[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(8): 142-145. doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2006.08.024
    [4] 杜文正, 张金星, 姚晓光, 等. 特种起重机伸缩臂振动特性建模分析与试验[J]. 振动与冲击, 2016, 35(22): 169-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ201622025.htm

    DU Wenzheng, ZHANG Jinxing, YAO Xiaoguang, et al. Mathematical vibration model and experiments of special telescopic crane boom[J]. Journal of Vibration and Shock, 2016, 35(22): 169-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDCJ201622025.htm
    [5] 李艳, 向东, 李啟文, 等. 起重机快速轻量化设计系统研究及应用[J]. 机械工程学报, 2018, 54(9): 205-213. doi: 10.3901/JME.2018.09.205

    LI Yan, XIANG Dong, LI Qiwen, et al. Research and application on rapidly lightweight design system of cranes[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(9): 205-213. doi: 10.3901/JME.2018.09.205
    [6] 焦洪宇, 周奇才, 李英, 等. 桥式起重机轻量化主梁结构模型试验研究[J]. 机械工程学报, 2015, 51(23): 168-174. doi: 10.3901/JME.2015.23.168

    JIAO Hongyu, ZHOU Qicai, LI Ying, et al. Structural model test of lightweight girder of bridge crane[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(23): 168-174. doi: 10.3901/JME.2015.23.168
    [7] 李鹏, 徐格宁. 基于BN和T-S模糊故障树的起重机变幅机构可靠性评估[J]. 中国工程机械学报, 2021, 19(3): 273-277, 282. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCHE202103016.htm

    LI Peng, XU Gening. Reliability evaluation of crane luffing mechanism based on BN and T-S fuzzy fault tree[J]. Chinese Journal of Construction Machinery, 2021, 19(3): 273-277, 282. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCHE202103016.htm
    [8] 赵琼, 童水光, 钟崴, 等. 基于GA-FEA的门座起重机变幅机构优化设计[J]. 浙江大学学报, 2015, 49(5): 880-886. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC201505012.htm

    ZHAO Qiong, TONG Shuiguang, ZHONG Wei, et al. Optimal design of luffing mechanism of portal crane based on genetic algorithm and finite element analysis[J]. Journal of Zhejiang University, 2015, 49(5): 880-886. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC201505012.htm
    [9] 席盛, 周振平, 张辉, 等. 基于遗传算法的轮式起重机变幅三铰点优化[J]. 建筑机械, 2013(2): 86-89. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZJX201303022.htm

    XI Sheng, ZHOU Zhenping, ZHANG Hui, et al. 3 hinge points optimum of luffing mechanism of wheeled crane based on genetic algorithms[J]. Construction Machinery, 2013, (2): 86-89. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZJX201303022.htm
    [10] TRABKA A. Dynamics of telescopic cranes with flexible structural components[J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2014, 88: 162-174.
    [11] 范卿, 曾杨. 基于带权重遗传算法的工程变幅机构优化设计[J]. 中国工程机械学报, 2013, 11(4): 324-326. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCHE201304010.htm

    FAN Qing, ZENG Yang. Design of luffing system with genetic algorithm by considering weight of each optimized goal[J]. Chinese Journal of Construction Machinery, 2013, 11(4): 324-326. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCHE201304010.htm
    [12] 徐雪松, 胡吉全. 基于混合神经网络的门座起重机变幅机构参数优化设计[J]. 机械工程学报, 2005, 41(4): 220-224. http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2005/V41/I4/220

    XU Xuesong, HU Jiquan. Hybrid neural networks based portal cranes' luffing system optimal design[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2005, 41(4): 220-224. http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2005/V41/I4/220
    [13] SUN Guangfu, LIU Jie. Dynamic responses of hydraulic crane during luffing motion[J]. Mechanism and Machine Theory: Dynamics of Machine Systems Gears and Power Trandmissions Robots and Manipulator Systems Computer-Aided Design Methods, 2006, 41(11): 1273-1288.
    [14] 訾斌, 周斌, 钱森. 双台汽车起重机柔索并联装备变幅运动下的动力学建模与分析[J]. 机械工程学报, 2017, 53(7): 55-61. doi: 10.3901/JME.2017.07.055

    ZI Bin, ZHOU Bin, QIAN Sen. Dynamic modeling and analysis of cable parallel manipulator for dual automobile cranes during luffing motion[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(7): 55-61. doi: 10.3901/JME.2017.07.055
    [15] RAFTOYIANNIS I G, MICHALTSOS G T. Dynamic behavior of telescopic cranes boom[J]. International Journal of Structural Stability & Dynamics, 2013, 13(1): 1-13.
    [16] 王鹏程, 方勇纯, 相吉磊, 等. 回转旋臂式船用起重机的动力学分析与建模[J]. 机械工程学报, 2011, 47(20): 34-40. http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2011/V47/I20/34

    WANG Pengcheng, FANG Yongchun, XIANG Jilei, et al. Dynamic analysis and modeling of ship-mounted boom crane[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(20): 34-40. http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2011/V47/I20/34
    [17] 都佳, 肖刚, 杨敬, 等. 起重机泵阀协同复合控制液压系统能效特性分析[J]. 中南大学学报, 2021, 52(2): 389-399. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNGD202102007.htm

    DU Jia, XIAO Gang, YANG Jing, et al. Energy efficiency characteristics analysis for crane hydraulic system of pump-valve coordinated composite control[J]. Journal of Central South University, 2021, 52(2): 389-399. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNGD202102007.htm
    [18] 崔竹君, 刘莹莹, 张笑. 起重机变幅液压系统仿真研究[J]. 液压气动与密封, 2017, 37(12): 19-22. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQD201712006.htm

    CUI Zhujun, LIU Yingying, ZHANG Xiao. Simulation research on luffing hydraulic system for the truck crane[J]. Hydraulics Pneumatics & Seals, 2017, 37(12): 19-22. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQD201712006.htm
    [19] 张成凤, 龚苏生, 徐长生. 基于AMESim的船用甲板起重机变幅液压系统仿真研究[J]. 起重运输机械, 2012(7): 64-67. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QZJJ201207021.htm

    ZHANG Chengfeng, GONG Susheng, XU Changsheng. Simulation Research on luffing hydraulic system of marine deck crane based on AMESim[J]. Hoistingand Conveying Machinery, 2012(7): 64-67. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QZJJ201207021.htm
    [20] 徐艳翠, 张笑, 崔竹君. 折臂式随车起重机变幅液压系统性能优化提升研究[J]. 液压与气动, 2018(7): 101-104. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYYQ201807026.htm

    XU Yancui, ZHANG Xiao, CUI Zhujun. Performance optimization research of lorry-mounted crane luffing hydraulic system[J]. Chinese Hydraulics and Pneumatics, 2018(7): 101-104. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYYQ201807026.htm
    [21] 钱森, 訾斌, 曹建斌, 等. 基于Matlab/Simscape的汽车起重机变幅机构的优化与仿真[J]. 机械传动, 2012, 36(8): 40-43, 47. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201208012.htm

    QIAN Sen, ZI Bin, CAO Jianbin, et al. Optimization and Simulation of luffing mechanism of truck crane based on matlab/simscape[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2012, 36(8): 40-43, 47. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201208012.htm
    [22] 金耀, 贺欣, 夏毅敏, 等. 汽车起重机变幅机构的耦合建模仿真与运动学分析[J]. 机械设计, 2017, 34(9): 12-17. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201709003.htm

    JIN Yao, HE Xin, XIA Yimin, et al. Coupling modeling simulation and kinematics analysis of luffing mechanism of truck crane[J]. Mechanical design, 2017, 34(9): 12-17. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201709003.htm
    [23] 杨勇, 易小刚. 多轴起重机联合仿真平台开发[J]. 中国机械工程, 2012, 23(9): 1074-1078. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGJX201209016.htm

    YANG Yong, YI Xiaogang. Co-simulation platform development for multi-axle crane[J]. China Mechanical Engineering, 2012, 23(9): 1074-1078. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGJX201209016.htm
    [24] 李自贵, 马俊, 晋民杰, 等. 基于ADAMS的折臂式随车起重机工作机构优化设计[J]. 机械设计, 2015, 32(8): 36-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201508008.htm

    LI Zigui, MA Jun, JIN Minjie, et al. Optimal design of working mechanism in the articulating boom crane based on ADAMS[J]. Journal of Machine Design, 2015, 32(8): 36-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201508008.htm
    [25] 孙远韬, 章增增, 张氢, 等. 单臂架起重机起升-变幅系统的设计与仿真[J]. 机械传动, 2018, 42(6): 64-67, 75. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201806014.htm

    SUN Yuantao, ZHANG Zengzeng, ZHANG Qing, et al. Design and simulation of lifting and luffing system of single jib crane[J]. Journal of Mechanical Transmission, 2018, 42(6): 64-67, 75. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXCD201806014.htm
    [26] 康辉梅, 许怡赦, 金耀. 伸缩臂叉装车工作装置运动学分析[J]. 机械设计, 2015, 32(5): 39-42. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201505009.htm

    KANG Huimei, XU Yishe, JIN Yao. Kinematic analysis for working device of telehandler[J]. Journal of Machine Design, 2015, 32(5): 39-42. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXSJ201505009.htm
  • 加载中
图(11) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  30
  • HTML全文浏览量:  16
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-03
  • 修回日期:  2022-10-20
  • 网络出版日期:  2024-03-07
  • 刊出日期:  2022-12-20

目录

    /

    返回文章
    返回