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基于AMESim的輸油臂殘留油品回收裝置研究

文檔作者：于玲李恒喜楊影楊洋李世楷文檔來源：沈陽化工大學機械工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月10日
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２０１６ 年２ 月
第４４ 卷第４ 期
機床與液壓
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｆｅｂ?? ２０１６
Ｖｏｌ?? ４４ Ｎｏ?? ４
ＤＯＩ： １０．３９６９／ ｊ?? ｉｓｓｎ?? １００１－３８８１?? ２０１６?? ０４?? ０２３
收稿日期： ２０１４－１２－１０
作者簡介： 于玲（１９７９—）， 女， 碩士， 講師， 主要從事機電液一體化的教學與科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ｙｌｉｎｇ２００４＠ １２６?? ｃｏｍ。
基于ＡＭＥＳｉｍ 的輸油臂殘留油品回收裝置研究
于玲， 李恒喜， 楊影， 楊洋， 李世楷
（沈陽化工大學機械工程學院， 遼寧沈陽１１０１４２）
摘要： 港口輸油臂外臂中的油品因一直沒有相應(yīng)的回收裝置而不得不無償排入到裝油船舶中， 造成油品公司大量的經(jīng)
濟損失。在深入分析輸油臂控制系統(tǒng)原理及防爆安全性要求的基礎(chǔ)上， 采用自動液控技術(shù)， 以輸油臂原有液壓系統(tǒng)為動
力， 開發(fā)出一種輸油臂殘留油品回收裝置， 詳細介紹了該裝置的工作原理。針對回收裝置采用ＡＭＥＳｉｍ 軟件建立了殘油回
收仿真模型并進行了仿真研究， 詳細分析了仿真結(jié)果。結(jié)果表明： 該裝置方案設(shè)計合理、運行可靠、可有效實現(xiàn)輸油臂殘
油的回收。
關(guān)鍵詞： 自動液控技術(shù)； 殘留油品； 回收裝置； 仿真模型
中圖分類號： ＴＨ１３７　　文獻標志碼： Ａ　　文章編號： １００１－３８８１ （２０１６） ４－０７６－２
ＡＭＥＳｉｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ Ｕｎｉｔｅ ｏｆ Ｌｏａｄｉｎｇ Ａｒｍｓ
ＹＵ Ｌｉｎｇ， ＬＩ Ｈｅｎｇｘｉ， ＹＡＮＧ Ｙｉｎｇ， ＹＡＮＧ Ｙａｎｇ， ＬＩ Ｓｈｉｋａｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１０１４２， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｏｉｌ ｉｎ ｔｈｅ ｏｕｔｂｏａｒｄ ａｒｍ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ａｒｍｓ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ ｉｎｔｏ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｉｌ ｓｈｉｐｓ ｗｉｔｈ ｎｏ ｖａｌｕｅ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｇｒｅａｔ
ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｌｏｓｓ ｏｆ ｏｉｌ ｃｏｍｐａｎｉｅｓ， ｓｉｎｃｅ ｔｈｅｒｅ ｉｓｎ’ｔ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｅｖｉｃｅ ａｌｌ ｌｏｎｇ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ａｒｍｓ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ?ｐｒｏｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ， ａ ｎｅｗ ｋｉｎｄ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｕｎｉｔｅ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ， ｕｓｉｎｇ ａｕ?
ｔｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｌｏａｄｉｎｇ ａｒｍｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ
ｄｅｔａｉｌ． Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ＡＭＥＳｉｍ， ａｐｐｌｙｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ， ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ
ｏｉｌ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； Ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ； Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｄｅｖｉｃｅ； Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ
　　港口輸油臂是用于港口、碼頭船舶裝卸油品及其
他化學產(chǎn)品必不可少的專用設(shè)備， 有效提高了港口輸
油效率。但當輸油臂停止裝卸作業(yè)時， 為保證防爆及
安全性要求， 必須清空輸油臂管道中殘留的大量油
品， 內(nèi)臂中的油品可通過自流方式回收到岸上的管道
或低位油罐中； 外臂中的油品因一直沒有相應(yīng)的回收
裝置而不得不無償排入到裝油船舶中， 造成油品公司
的大量經(jīng)濟損失。文中在深入分析輸油臂控制系統(tǒng)原
理及防爆安全性要求的基礎(chǔ)上， 采用自動液控技術(shù)，
以輸油臂原有液壓系統(tǒng)為動力， 開發(fā)了一種輸油臂殘
留油品回收裝置， 為實現(xiàn)輸油臂殘留油品的回收提供
必要的設(shè)備支持。
１　殘留油品回收裝置
輸油臂殘留油品回收裝置中， 主要由二位三通液
控換向閥和行程控制式單向閥實現(xiàn)回收裝置的自動往
復運行， 并應(yīng)用吸排液技術(shù)實現(xiàn)殘留油品回收。該裝
置以柱塞式泵吸排液原理為基礎(chǔ)， 自行開發(fā)零泄漏整
體插裝式液控閥， 利用行程控制式單向閥實現(xiàn)二位三
通液控換向閥的自動換向， 而換向控制的活塞行程又
直接控制行程控制式單向閥的開啟與關(guān)閉， 以此形成
循環(huán)往復工作。該裝置以全液壓控制方式代替電控換
向， 確保防爆要求， 同時只需從輸油臂液壓系統(tǒng)引出
一高壓油路和回油路即可， 無需對原輸油臂控制系統(tǒng)
進行改造。其工作原理如圖１ 所示。
圖１　回收裝置工作原理圖
２　殘油回收裝置的仿真建模
液壓系統(tǒng)仿真是檢驗系統(tǒng)性能的有效方法。采用
ＡＭＥＳｉｍ 軟件建立了殘油回收裝置的仿真模型， 如圖
２ 所示。模型中包括二位三通換向閥、行程控制式單
向閥、動力缸和吸排液缸， 通過二位三通換向閥和行
程控制式單向閥來模擬吸排液缸的吸油和排油， 應(yīng)用
ＡＭＥＳｉｍ 的ＨＣＤ 庫建立了回收裝置的子模型。表１
給出了幾個關(guān)鍵的模型參數(shù)。
圖２　殘油回收裝置仿真模型
表１　部分子模型參數(shù)設(shè)定
油源
密度／ （ｋｇ·ｍ－３） ８５０
體積彈性模量／ ＭＰａ １ ７００
絕對黏度／ （１０－３ Ｐａ·ｓ） ５１
動力油缸
活塞直徑／ ｍｍ １００
活塞桿直徑／ ｍｍ ６０
活塞行程／ ｍｍ ２００
吸排油缸
活塞直徑／ ｍｍ ２００
活塞桿直徑／ ｍｍ ６０
活塞行程／ ｍｍ ２００
３　殘油回收裝置的仿真與分析
根據(jù)回收裝置實際工況， 結(jié)合輸油臂液壓系統(tǒng)壓
力與流量， 設(shè)定回收裝置的泵源壓力為１０ ＭＰａ， 流
量為１６ Ｌ／ ｍｉｎ， 工作介質(zhì)為液壓油， 根據(jù)上述設(shè)定進
行仿真， 結(jié)果如圖３—８ 所示。
圖３　吸排液缸活
塞運動曲線　　　　　圖４　頂桿單向閥
閥芯曲線
圖５　動力缸壓力　　　　圖６　動力缸流量
圖７　吸排液缸壓力　　　　圖８　吸排液缸流量
圖３ 為吸排液缸活塞運動曲線， 由仿真結(jié)果可
知， 活塞行程２００ ｍｍ 時回收活塞每完成一次行程所
需時間５?? ８５ ｓ， 在二位三通換向閥和頂桿單向閥的共
同作用下， 回收活塞可有效地完成吸排液動作， 平均
每分鐘可實現(xiàn)約１０?? ２５ 次吸排液動作。圖４ 為頂桿單
向閥的動作位移曲線， 吸排液缸活塞每運動一次， 頂
桿單向閥就動作一次， 每次通過的流量很少， 其余時
間單向閥關(guān)閉， 且必須保證單向閥的密封性能。
圖５ 和圖６ 為動力缸的壓力與流量， 圖７ 和圖８
為吸排液缸壓力和流量。由仿真可知： 動力缸僅需要
壓力２?? ８４ ＭＰａ， 所需流量為１６?? ６５ Ｌ／ ｍｉｎ； 吸排液缸
排液壓力為０?? ０５４ ＭＰａ， 排液流量為１３０?? ６ Ｌ／ ｍｉｎ；
吸排液流量為動力缸流量的７?? ８４ 倍， 可在較短時間
內(nèi)快速排盡輸油臂外壁內(nèi)的油品。
在上述研究基礎(chǔ)上， 設(shè)計開發(fā)了輸油臂殘油回收
裝置， 并進行樣機試制和試驗， 在進行試驗時發(fā)現(xiàn)，
兩個頂桿式單向閥的密封可靠性是整套裝置成功的關(guān)
鍵。經(jīng)過對單向閥密封副和復位彈簧的不斷調(diào)整和優(yōu)
化， 最終實現(xiàn)回收裝置的順利工作， 樣機的成功開發(fā)
進一步驗證了輸油臂殘油回收裝置的可行性， 目前該
樣機已發(fā)往輸油臂設(shè)備廠家， 正在進行總體安裝調(diào)試。
４　結(jié)論
開發(fā)的輸油臂殘留油品回收裝置滿足經(jīng)濟性及防
爆安全性要求， 采用自動全液控技術(shù)， 可實現(xiàn)吸排液
活塞的自動往復運動。模擬仿真及樣機試驗表明： 該
裝置運行可靠， 可有效實現(xiàn)輸油臂殘留油品的回收，
為完善港口輸油臂功能提供了必要的支持。
參考文獻：
［１］ 付永領(lǐng)，齊海濤．ＬＭＳ Ｉｍａｇｉｎｅ?? Ｌａｂ ＡＭＥＳｉｍ 系統(tǒng)建模和
仿真實例教程［Ｍ］．北京：北京航空航天大學出版社，
２０１１．
（下轉(zhuǎn)第１０８ 頁）
第 ４ 期 于玲 等： 基于 ＡＭＥＳｉｍ 的輸油臂殘留油品回收裝置研究 ·　７７　·　
示版塊。圖像監(jiān)控與處理版塊包含攝像機選擇（應(yīng)
對使用多攝像機環(huán)境）， 圖像監(jiān)控、圖像捕捉、圖像
處理３ 個功能顯示窗口， 還有應(yīng)對不同光源環(huán)境下作
業(yè)的環(huán)境光閾值調(diào)節(jié)功能， 并且還附帶設(shè)定了一個用
于顯示檢測視場范圍內(nèi)目標工件總數(shù)目的表盤； 串口
通信與反饋版塊包含串口通信端口選擇項、波特率條
件選項、下位機反饋信息串口顯示區(qū)以及一些像下位
機連接確認和清空接收區(qū)這樣的輔助功能； 運動控制
模式選擇與調(diào)節(jié)顯示版塊的內(nèi)容包括機械手臂多級運
動速度參數(shù)調(diào)節(jié)、空載速率參數(shù)調(diào)節(jié)、圖像識別抓取
模式選擇等功能。
全部識別模式是依據(jù)攝像機拍攝得到圖像信息，
由計算機自動判別出現(xiàn)在視場范圍內(nèi)的目標工件位置
并自動給出一套抓取順序； 過濾圓形目標模式是在全
部識別模式的基礎(chǔ)之上， 有針對性地只對視場內(nèi)出現(xiàn)
的圓形外觀目標物件進行抓取動作； 過濾矩形目標模
式與過濾圓形目標模式類似， 只針對視場內(nèi)的矩形外
觀目標進行抓?。?過濾并分類擺放模式則是綜合了過
濾圓形目標與過濾矩形目標模式， 將這兩類目標先進
行分類識別并按照設(shè)定的排序算法進行排序， 最后通
過機械手臂擺放至指定位置。
為了驗證系統(tǒng)的可靠性， 在實驗室里連接下位機
控制機器手臂對工件進行了分類拾取。由視覺系統(tǒng)進
行了圖像采集、圖像處理， 得到了不同形體工件的坐
標， 將坐標值傳給下位機， 然后驅(qū)動機器人運動完成
相應(yīng)功能。實驗過程如圖３ 所示。
圖３　機器手對不同形體的工件識別抓取
機器手臂可以很好地對圓形工件和矩形工件進行
識別， 并對圓形工件進行抓取， 達到了預期目標。
４　結(jié)束語
機器視覺系統(tǒng)可以快速獲取大量信息， 而且易于
自動處理， 可以方便地用于生產(chǎn)線中。通過圖像處理
等技術(shù)， 對工作區(qū)的工件實現(xiàn)了自動定位、識別、操
作等。該視覺系統(tǒng)具有精確、可靠、速度、識別率高
等優(yōu)勢， 有利于實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化、自動化， 值
得大力推廣。
參考文獻：
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（上接第７７ 頁）
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（上接第８４ 頁）
時， 系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度越大， 有利于系統(tǒng)的
穩(wěn)定。動態(tài)特性方面， 反饋放大系數(shù)越大系統(tǒng)響應(yīng)速
度越快， 但系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)變差， 甚至出現(xiàn)劇烈振蕩。
反饋放大系數(shù)越小， 系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢， 超調(diào)量
越小。
可見反饋機構(gòu)連桿長度參數(shù)決定的反饋放大系數(shù)
的取值對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)品質(zhì)影響較大， 在設(shè)計
連桿機構(gòu)時必須考慮。
參考文獻：
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·１０８· 機床與液壓 第 ４４ 卷

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