摩天輪驅動液壓系統防下降加速功能的分析

王盼盼，宋曉光，徐　宏，孫　麗

（1.大連益網科技有限公司，遼寧大連116023；2.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連116023）

摩天輪驅動液壓系統防下降加速功能的分析

王盼盼1，宋曉光1，徐宏1，孫麗2

（1.大連益網科技有限公司，遼寧大連116023；2.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧大連116023）

針對摩天輪現有系統，對載荷處于下降側時產生加速的問題進行了分析，提出了問題的原因，并給出了系統改進方案。利用AMEsim軟件對改進前后的系統進行建模和仿真，對比了改進前后系統的相應狀況，消除了載荷對系統運行狀態的影響。

摩天輪；下降加速；AMEsim

摩天輪是大型游樂場所常見的游樂設備之一。近年來，隨著對觀景需求的不斷提高，摩天輪逐步向百米高度以上發展，這就對摩天輪驅動的平穩性和安全性提出了更高的要求。目前常用的摩天輪液壓驅動系統，在載荷集中在下降側時，容易出現速度比上升側快的現象。通常出現在摩天輪停運前最后一圈和重新啟動后第一圈運行的工況。如系統調節不合適，且載荷較集中，則下降時的加速感比較明顯，會引起乘客的恐慌，并大大降低乘客乘坐的舒適感。這種現象跟偏載載荷有關，由其在摩天輪做1/4偏載試驗時更為明顯。

1　下降加速原因分析

目前摩天輪常用的驅動液壓系統簡化圖如圖1所示。

圖1　摩天輪驅動液壓系統簡化圖

系統由手動變量泵提供液壓油源，調試時設定好泵的排量，正常使用工況很少對泵的排量進行調節。通過控制電磁換向閥18，驅動馬達的雙向轉動，從而實現摩天輪的正轉和反轉。順序閥20及電磁換向閥21用于實現摩天輪的穩定剎車功能。其中，摩天輪下降側的背壓通過調節可調節流閥16來實現。

根據小孔流量［1］公式析可知，由于節流閥通過流量受開口度及閥前后壓差影響，當摩天輪偏載下降時，驅動馬達的受力方向改變，液壓系統由主動驅動摩天輪轉動，變為通過背壓限制摩天輪失速下降。這時，外負載與馬達旋轉方向相同，節流閥前后壓差增大，導致通過流量增加，摩天輪下降速度加快。目前常用的摩天輪驅動系統可通過關小節流閥來改善這種現象，但是帶來的影響是摩天輪上升時背壓加大，驅動壓力升高，從而帶來泵噪音加大，系統發熱大等問題。

2　系統優化設計

根據分析的摩天輪下降加速的原因，對驅動系統進行優化，優化后的系統簡圖如圖2所示。

優化后的系統將原系統中限制回油背壓的節流閥16更改為帶補償功能的限速閥。此種限速閥根據閥芯前后的壓差，對閥芯的位置進行補償，保證通過閥的流量恒定，從而屏蔽了由于壓力引起的通過閥的流量變化，可以解決摩天輪下降時加速的問題。

圖2　優化后的摩天輪驅動液壓系統簡化圖

3　系統改進前后仿真分析

分別建立改進前、后系統的AMEsim仿真模型，如圖3和圖4所示。

圖3　改進前系統模型

圖4　改進后系統模型

系統模型省略了對仿真結果不造成影響的液壓附件及停車緩沖部分，重點區別節流閥與限速閥的區別。其中，改進后系統的限速閥使用AMEsim中的HCD庫［2］建立。系統建立的基本原則如下：

（1）由于摩天輪工作過程中，泵排量不發生改變，仿真模型使用恒流量源代替實際系統中的泵；

（2）負載信號模擬摩天輪旋轉從逆旋轉方向負載變為順旋轉方向的負載，用正負區分，具體見圖5中曲線；

（3）電磁換向閥處于驅動摩天輪正轉的位置；

（4）電磁溢流閥得電上壓，系統正常工作；

改進前后系統的仿真曲線如圖5所示。

圖5　改進前后系統仿真對比曲線

通過圖5的曲線可以看出，在系統外負載扭矩和提供流量不變的情況下，改進前系統當負載扭矩發生改變時，受阻尼設置影響，當負載增加到一定程度后，馬達回油流量明顯增加，也就說明馬達轉速提高，且趨勢跟隨扭矩的改變，不穩定。改進后系統當負載扭矩發生改變時，馬達回油流量在負載變化到一定程度后，僅產生一個約1 s、流量小于1 L/min的波動，隨后就恢復限速閥的設定流量，馬達轉速基本保持恒定。

通過對曲線的分析可以看出，改進后的系統馬達轉速不會隨著負載方向和大小的改變而發生大的變化，可以保證摩天輪在穩定速度下運行，取得了較理想的效果。

4　結束語

本文對現有摩天輪的驅動系統進行了優化，改善了現有摩天輪系統在負載發生改變時驅動速度改變，負載處于下降側時摩天輪加速的現象。通過利用AMEsim建立仿真模型進行仿真，證實修改后的系統確實可以有效解決目前系統的問題，效果較為理想。

［1］左健民.液壓與氣壓傳動［M］.北京：機械工業出版社，2011：36-37.

［2］Hydraulic Component Design Library［DB/OL］.Rev 8A-June 2008.

Analysis of Prevent Falling Acceleration for Hydraulic system of FerrisWheelDrive

WANG Pan-pan1，SONG Xiao-guang1，XU Hong1，SUN Li2
（1.Dalian Yiwang Technology Co.，Ltd，Dalian Liaoning 116023，China；2.Dalian YILIYA Construction Machinery Co.，Ltd，Dalian Liaoning 116023，China）

Analysis the reason of falling accelerating when the load on the downward side of Ferris Wheel.The system improvement plan is given.Before and after improvemen system model is built and simulated by AMEsim，the corresponding state of the system was compared.For the improved system，the influence of the load on the system running state was eliminated.

ferriswheel；falling acceleration；AMEsim

TP271

B

1672-545X（2016）06-0070-02

2016-03-07

王盼盼（1983-），女，吉林農安人，碩士，工程師，研究方向為工程機械等液壓和動力系統的設計計算與分析。