某海關緝私艇尾滑道收放裝置液壓牽引系統仿真

陳萬宏 陳海光 毛福考

摘? ? 要：對某海關緝私艇尾滑道收放裝置液壓牽引系統進行動態分析，利用AMESIM仿真軟件建立仿真模型。通過仿真模型，液壓牽引系統運行同步、平穩，且能滿足主、副軌和液壓油缸按4：2：1速比運行，仿真結果與艇尾滑道收放裝置實際運行情況一致。

關鍵詞：尾滑道收放裝置;液壓牽引系統;AMESIM

中圖分類號：U667.5? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Simulate Hydraulic Traction System of Stern Runway Retractable Device of Customs Anti-smuggling Ship

CHEN Wanhong， CHEN Haiguang， MAO Fukao

（ Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）

Abstract： The dynamic analysis of the hydraulic traction system of the stern runway retractable device of a customs anti-smuggling ship， the hydraulic traction system simulation model is established by using AMESIM simulation software.The simulation results show that the operation of the hydraulic traction system is synchronized and stable， can satisfy the operation of main rail， auxiliary rail and hydraulic cylinder at 4：2：1 speed ration. The simulation results are consistent with the actual operation of the stern runway device.

Key words： Stern runway retractable device; Hydraulic traction system; AMESIM

1? ? ?尾滑道收放裝置液壓牽引系統簡介

某海關緝私艇是海關總署為提升海上緝私能力，確保完成新形勢下的海上反走私任務，啟動的新一代海關緝私艇設計建造系列船型中的一型。該型艇在尾部設有一套尾滑道收放裝置，用于收放11 m左右的工作艇;收放裝置采用液壓油缸+滑輪+鋼索的驅動模式，能夠較好的適應船上的惡劣工況;為了節約有限的尾部空間和解決牽引液壓油缸失穩問題，收放裝置設有主軌和副軌，工作艇及副軌在主軌上移動，主軌在母船上移動，并利用滑輪組鋼絲繩傳動變速原理配置鋼絲繩、動滑組和定滑輪組，分別與油缸、主軌和副軌連接，實現變速運動。主架移動速度是油缸活塞移動速度的2倍、副架移動速度是主架移動速度的2倍，即當液壓油缸活塞移動1個行程，則主架將移動2個行程、副架也同時移動4個行程。最終實現了液壓缸活塞桿的行程只有1/4工作艇的移動行程，從而大減少油缸活塞桿行程，保證油缸的工作可靠性。液壓牽引系統布置簡圖，如圖1所示。

圖1? 液壓牽引系統布置簡圖

液壓牽引系統，主要由1套液壓泵站、1個主牽引油缸、控制系統及液壓換向閥、單向閥、液壓管路等部件組成。液壓泵站由2臺電動液壓泵（1用1備）、1臺手搖泵、液壓油箱、液壓閥、管路及其它液壓附件組成，電動液壓泵額定流量為65 L/min、設計壓力23 MPa。

2? ? 液壓牽引系統仿真

尾滑道收放裝置是一個復雜的綜合性系統，涉及流體、機械和電控等多個領域。液壓牽引系統的同步性，對整套收放裝置及其負載的安全平穩運行有很大影響，在設計時可利用軟件進行系統仿真，以便更好的優化牽引系統。

液壓系統仿真在工程研究及制造過程中，為液壓系統的設計、優化與控制，以及系統動態特性的確定提供了一種預判技術手段，可大大提高液壓系統設計的效率，減少研發成本。

液壓系統仿真是通過建立液壓系統的數學模型并在計算機上進行運算，用以對系統的動態特性進行研究的過程。本文利用AMESIM仿真軟件建立尾滑道收放裝置牽引系統仿真模型，并進行系統仿真。

2.1? ?仿真模型

尾滑道收放裝置液壓牽引系統，由1套液壓泵站（設2個液壓泵，1用1備）、1個液壓油缸及相應的管路閥件等組成，對稱布置在本船的左、右兩個舷墻內。液壓牽引系統仿真模型，如圖2所示。

圖2模型中各設備參數的設定，見表1。

2.2? ?仿真過程

在建立仿真模型后，按以下三種工況對牽引液壓系統進行仿真：

（1）系統中的鋼絲繩預設預緊力、鋼絲繩左、右負荷一致情況下的仿真。

仿真結果，如圖3～圖6所示：液壓油缸活塞桿、副軌和主軌分別按1：2：4的比例運動，運動過程較為平穩;在給定鋼絲繩預緊力、強度和負載條件下，左、右主、副軌運動同步。

（2）鋼絲繩對運動平穩性影響仿真

為分析鋼絲繩強度和預緊力對同步性影響，將此模型進行簡化如圖7所示。

① 單位長度、剛度對運動平穩性的影響

分別將鋼絲繩的單位長度、剛度更改為1.57e6N/m-1.57e9N/m，仿真時間設定為10 s，仿真結果如圖8所示。

由圖8可知，鋼絲單位長度剛度對收放平穩性有較大影響：單位長度剛度越小，收放過程中運動越不平穩，由此推斷當鋼絲繩運行一段時間后單位長度剛度會降低，可能引起尾滑道無法收放到設定位置及位移傳感器無法感應，導致自動收放功能失效。

② 預緊力對運動平穩性的影響

在鋼絲繩單位長度強度不變的情況下改變其預緊力，仿真結果見圖9所示。

由圖9可知，不同鋼絲繩預緊力對滑道運動平穩性影響不大。

（3）負載不平衡對收放裝置運動同步性影響仿真

受加工、安裝精度等因素的影響，液壓牽引系統左、右側負載可能存在差異。利用圖2所示的仿真模型，分析負載不平衡對收放同步性的影響。仿真結果，如圖10所示。

圖10中，左側為伴隨負載變化時收放運動曲線，右側圖為恒定負載時的運動曲線。由圖10可知，負載不平衡對收放同步性有較大影響。引起負載不平衡的主要原因是制造、安裝精度超差，以及收放裝置與舷側摩擦阻力不同引起，因此制造安裝精度可有效改進收放裝置的同步性。

3? ? ?液壓牽引系統優化方案

根據液壓牽引系統仿真分析結果，引起系統故障的主要原因有制造、安裝精度超差和選用鋼絲繩強度不足等原因。為此，可采用如下兩種方案進行改進：

3.1? ?方案一

尾滑道收放裝置采用整體式內場安裝，分塊吊裝入船上安裝，如此可減少船體建造精度對裝置安裝精度的影響，同時選用高強度鋼絲繩，消除由鋼絲繩磨損導致剛度下降對收放同步性的影響。

3.2? 方案二

將單個液壓油缸驅動滑輪組，改為在左、右舷墻內各設1個液壓油缸驅動主軌運動，副軌仍采用滑輪組驅動。此方案簡圖，如圖11所示。

由圖11可知，布置在船體舷墻內的兩個液壓油缸為主、副軌道提供牽引動力，油缸一端與船體舷墻鉸接，另一端與主軌鉸接;油缸與主軌鉸接端頭上部設滑輪組，通過鋼絲繩分別與安裝在主軌、副軌上的滑輪連接;牽引油缸伸縮時，帶動主軌與副軌同時運動。主軌運動速度與油缸伸縮速度一致，副軌運動速度為油缸伸縮速度的2倍、副軌移動距離約為12 m，液壓油缸活塞行程約為6 m。

按方案二重新進行系統仿真，仿真模型圖與圖2一致，各元器件參數設定見表2。

按表2設定的各部件參數進行牽引液壓系統仿真，仿真結果如圖12所示。

由圖12可知，在考慮液壓管路布置位置及管路彎頭的情況下，左、右側油缸位移明顯存在不同步現象，升降過程最大位移偏差約20 mm;當左側油缸升降到位后，右側油缸存在追趕現象，雖可以保證主、副軌均能收放到指定位置，但收放時間加長，故方案二與方案一相比不占優勢。

4? ? 小結

本文利用AMESIM仿真軟件建立尾滑道收放裝置液壓牽引系統仿真模型，并按系統實際情況給定仿真參數。通過仿真發現：鋼絲繩強度和制造、安裝精度對收放同步有較大影響，并據此提出改進方案，將原一個液壓缸驅動方式改為分別設在左、右舷墻內兩個液壓缸驅動，同時對滑輪牽引系統進行簡化，如此改動不改變原尾滑道收放裝置的主體結構，但系統較復雜，對移動同步性改進不大。

參考文獻

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