铆钉机液压系统仿真与改进方案

    前段时间，某广州企业联系娄星机械，向我们咨询关于该企业所使用的铆钉机液压系统中存在电磁阀突然动作和系统内压力突然增加的问题，此现象会对液压系统产生压力冲击，导致液压泵工作条件恶劣，增压缸密封损坏泄漏，同时也会引起管路振动甚至液压管路突然破裂，造成安全事故，影响整车装配节拍。娄星机械运用多年的专业经验，并运用AMESim进行铆钉机工况仿真，为其指导了该铆钉机液压系统设计和改进方案。

1、车架液压铆钉机工作原理

    该企业所使用的液压铆钉机是一种具有大流量通过能力插装阀的液压设备，铆接速度快，铆接力大。现应用于某重型车车架铆接装配。液压系统原理图如图1所示。铆接工况主要有:启动、趋近、增压、返程、卸荷。开机启动后油泵处于卸荷状态，按下电机启动按钮电机启动，油液经滤油器2进入油泵3，流经电磁溢流阀5流回油箱。当动铆模对准铆钉后，电磁铁YV1和YV4同时得电，此时卸荷终n，压力油经三位四通电液换向阀6左腔、到增压缸8上腔、再经插装阀14进入铆钳液压缸20后腔，推动活塞杆伸出，铆钳快速移动趋进铆接。

当铆钳接触到铆钉后，压力开始升高，当压力达到低压力继电器19调定压力时，电磁阀11动作，YVS得电，液压油、换向阀25、插装阀10(此时由于电磁阀带电，关闭插装阀9)、增压缸8后腔，由于上下腔而积差产生压力差使增压器增压，获得增压铆接压力，完成铆接。铆钳油缸内压力达到工作压力后，高压继电器18动作，YV1和YVS失电、YV2得电，此时YV4也一直得电，电液换向阀换向，液压油经高压软管进入铆钳 20油缸前腔，铆钳返回。卸荷状态下所有阀均返回开机状态，油流回油箱。

2、基于AMESim的液压系统模

   AMESim液压系统仿真模型如图2所示。设定仿真时间为2.2s，时间间隔步长为0.005s，单步仿真模式。仿真模型部分参数设置如表1所示。

3仿真结果分析与液压系统改进

3.1仿真结果分析

    液压泵输出压力时间曲线如图3所示。

    分析图3:泵输出压力在0.395～0.495、突变，在0.4、附近出现波峰(63bar)，之后平缓上升至60.4bar后增压结束，电磁阀换向。由上述仿真结果可知:由于增压电磁阀的突然动作致使液压泵存在较大压力冲击，产生管路振动，影响设备安全工作。

3.2仿真结果分析

    蓄能器能在高压低流量蓄能，低压高流量时释放能量，缓冲由系统元件突然动作产生的压力冲击并吸收液压泵压力波动。考虑选用蓄能器解决液压泵压力波动及增压缸、加速度冲击问题。增加如图4所示蓄能器，并增加控制电磁阀和控制信号。

   AMESim蓄能器模型共有3个设置参数:预充气体压力，气体初始压力，蓄能器容积。其中气体预充压力应小于泵输出最高压力(60bar)，以保证蓄能器能存储、释放液压油。蓄能器初次接入系统时气体初始压力等于气体预充压力。

    选用NXQ型囊式蓄能器，限于外形和安装尺寸，蓄能器外形要尽量小。查液压设计手册蓄能器容积系列为1.6L,2.SL,4L,6.3L, l0L。

    选取预充压力范围为5～60bar，列举1.6L,4L,l0L的泵输出压力曲线如图5～7所示。

    1.6L蓄能器泵在5～60bar预充压力下液压泵输出压力时间曲线如图5所示。

根据图5可得预充压力在5～35bar内泵输出压力平缓，并巨波动随预充压力升高而减小;预充压力在45～60bar内:泵输出压力波动随预充压力升高而增加，最终接近无蓄能器的原系统泵压力输出。

    4L蓄能器泵在5～60bar预充压力下液压泵输出压力时间曲线如图6所示

    根据图6可得泵输出压力规律类似图5分析，图6中泵输出压力比图5更平缓。

    10L蓄能器泵在5～60bar预充压力下液压泵输出压力时间曲线如图7所示。

    根据图7可得预充压力在5～45bar内:泵输出压力平缓，并巨压力波动随预充压力升高而减小;预充压力在55～60bar内:泵输出压力波动随预充压力升高而增加，最终接近无蓄能器的原系统泵压力输出。图7中泵输出压力比图6更平缓。

    由图5-7可得:蓄能器能明显减小泵输出压力波动;泵输出压力波动在预充压力为(0～p临界)内，压力波动随预充压力增加而减小，在(p临界～60bar)内，压力波动随预充压力增加而增加;p临界值随蓄能器容积的增大而增大。

    铆接时间、压力波动、泵输出功耗等具体数据如表2所示。

    由表2数据可得:铆接时间受蓄能器预充压力和容积影响不大;压力波动峰值与无蓄能器对比减小幅值非常明显;蓄能器预充压力和容积的改变对压力波动峰值影响不大;泵输出功耗随蓄能器预充压力和容积增大而增大。

    可见在此系统中，选用较小蓄能器可以满足减小压力波动效果，并且具有较少的液压泵输出功耗。

4结论

    通过运用AMESim软件对车架铆钉机液压系统进行仿真，可直观地得到系统中各元件压力、流量、速度、加速度等参数，利用AMESim后处理和批量分析功能将各数据进行函数变换和对比，可提高液压系统分析和设计效率，节约成本。蓄能器能有效缓解铆接过程泵的压力冲击，借助AMESim仿真分析，可方便快速地选取合理参数值。