摩天輪驅(qū)動液壓系統(tǒng)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(wǎng)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(qū)動液壓系統(tǒng)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(wǎng)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(xiàn)有系統(tǒng)，對載荷處于下降側(cè)時產(chǎn)生加速的問題進(jìn)行了分析，提出了問題的原因，并給出了系統(tǒng)改進(jìn)方案。利用AMEsim軟件對改進(jìn)前后的系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，對比了改進(jìn)前后系統(tǒng)的相應(yīng)狀況，消除了載荷對系統(tǒng)運行狀態(tài)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(shè)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(fā)展，這就對摩天輪驅(qū)動的平穩(wěn)性和安全性提出了更高的要求。目前常用的摩天輪液壓驅(qū)動系統(tǒng)，在載荷集中在下降側(cè)時，容易出現(xiàn)速度比上升側(cè)快的現(xiàn)象。通常出現(xiàn)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(tǒng)調(diào)節(jié)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(xiàn)象跟偏載載荷有關(guān)，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(qū)動液壓系統(tǒng)簡化圖如圖1所示。

圖1　摩天輪驅(qū)動液壓系統(tǒng)簡化圖

系統(tǒng)由手動變量泵提供液壓油源，調(diào)試時設(shè)定好泵的排量，正常使用工況很少對泵的排量進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過控制電磁換向閥18，驅(qū)動馬達(dá)的雙向轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)摩天輪的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。順序閥20及電磁換向閥21用于實現(xiàn)摩天輪的穩(wěn)定剎車功能。其中，摩天輪下降側(cè)的背壓通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)流閥16來實現(xiàn)。

根據(jù)小孔流量［1］公式析可知，由于節(jié)流閥通過流量受開口度及閥前后壓差影響，當(dāng)摩天輪偏載下降時，驅(qū)動馬達(dá)的受力方向改變，液壓系統(tǒng)由主動驅(qū)動摩天輪轉(zhuǎn)動，變?yōu)橥ㄟ^背壓限制摩天輪失速下降。這時，外負(fù)載與馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向相同，節(jié)流閥前后壓差增大，導(dǎo)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(qū)動系統(tǒng)可通過關(guān)小節(jié)流閥來改善這種現(xiàn)象，但是帶來的影響是摩天輪上升時背壓加大，驅(qū)動壓力升高，從而帶來泵噪音加大，系統(tǒng)發(fā)熱大等問題。

2　系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)分析的摩天輪下降加速的原因，對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

優(yōu)化后的系統(tǒng)將原系統(tǒng)中限制回油背壓的節(jié)流閥16更改為帶補償功能的限速閥。此種限速閥根據(jù)閥芯前后的壓差，對閥芯的位置進(jìn)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(yōu)化后的摩天輪驅(qū)動液壓系統(tǒng)簡化圖

3　系統(tǒng)改進(jìn)前后仿真分析

分別建立改進(jìn)前、后系統(tǒng)的AMEsim仿真模型，如圖3和圖4所示。

圖3　改進(jìn)前系統(tǒng)模型

圖4　改進(jìn)后系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型省略了對仿真結(jié)果不造成影響的液壓附件及停車緩沖部分，重點區(qū)別節(jié)流閥與限速閥的區(qū)別。其中，改進(jìn)后系統(tǒng)的限速閥使用AMEsim中的HCD庫［2］建立。系統(tǒng)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(fā)生改變，仿真模型使用恒流量源代替實際系統(tǒng)中的泵；

（2）負(fù)載信號模擬摩天輪旋轉(zhuǎn)從逆旋轉(zhuǎn)方向負(fù)載變?yōu)轫樞D(zhuǎn)方向的負(fù)載，用正負(fù)區(qū)分，具體見圖5中曲線；

（3）電磁換向閥處于驅(qū)動摩天輪正轉(zhuǎn)的位置；

（4）電磁溢流閥得電上壓，系統(tǒng)正常工作；

改進(jìn)前后系統(tǒng)的仿真曲線如圖5所示。

圖5　改進(jìn)前后系統(tǒng)仿真對比曲線

通過圖5的曲線可以看出，在系統(tǒng)外負(fù)載扭矩和提供流量不變的情況下，改進(jìn)前系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載扭矩發(fā)生改變時，受阻尼設(shè)置影響，當(dāng)負(fù)載增加到一定程度后，馬達(dá)回油流量明顯增加，也就說明馬達(dá)轉(zhuǎn)速提高，且趨勢跟隨扭矩的改變，不穩(wěn)定。改進(jìn)后系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載扭矩發(fā)生改變時，馬達(dá)回油流量在負(fù)載變化到一定程度后，僅產(chǎn)生一個約1 s、流量小于1 L/min的波動，隨后就恢復(fù)限速閥的設(shè)定流量，馬達(dá)轉(zhuǎn)速基本保持恒定。

通過對曲線的分析可以看出，改進(jìn)后的系統(tǒng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速不會隨著負(fù)載方向和大小的改變而發(fā)生大的變化，可以保證摩天輪在穩(wěn)定速度下運行，取得了較理想的效果。

4　結(jié)束語

本文對現(xiàn)有摩天輪的驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，改善了現(xiàn)有摩天輪系統(tǒng)在負(fù)載發(fā)生改變時驅(qū)動速度改變，負(fù)載處于下降側(cè)時摩天輪加速的現(xiàn)象。通過利用AMEsim建立仿真模型進(jìn)行仿真，證實修改后的系統(tǒng)確實可以有效解決目前系統(tǒng)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(yè)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(nóng)安人，碩士，工程師，研究方向為工程機械等液壓和動力系統(tǒng)的設(shè)計計算與分析。