基于AMESim的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真

劉勇 張文魁

摘 要：利用AMESim軟件對(duì)某型淺海六輪作業(yè)車的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做仿真分析。通過液壓原件選取、系統(tǒng)模型建立對(duì)加速過程、前進(jìn)轉(zhuǎn)后退過程二種工況進(jìn)行仿真分析，通過軟件分析，結(jié)果表明該液壓系統(tǒng)可以在該型淺海作業(yè)車上運(yùn)用，并且可以完全克服以上典型工況，保證作業(yè)車正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；仿真；AMESim軟件

前言

液壓系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用越來越廣泛，液壓系統(tǒng)已經(jīng)滲入到各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)針對(duì)液壓系統(tǒng)的研究也在逐步深入。為了更加滲入的研究液壓系統(tǒng)工作過程，準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，以及其能否適應(yīng)設(shè)備的各種工況，我們需要對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。AMESim是基于液壓/機(jī)械系統(tǒng)建模、仿真及動(dòng)力學(xué)分析軟件等多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)建模仿真平臺(tái)。AMESim為用戶提供了一個(gè)系統(tǒng)級(jí)工程設(shè)計(jì)的完整平臺(tái)，使得用戶可以在單一的平臺(tái)上建立復(fù)雜的一維多學(xué)科領(lǐng)域的機(jī)電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計(jì)算和深入的分析。

1 液壓系統(tǒng)模型的建立

1.1 模型的建立

該液壓系統(tǒng)應(yīng)用于一種液壓驅(qū)動(dòng)6輪淺海作業(yè)車，根據(jù)液壓系統(tǒng)的總體方案，利用AMESim的Hydraulic，Mechanical和Signal、Control元件庫，建立系統(tǒng)的仿真模型如圖1所示。

圖1 基于AMESim的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真圖

1.2 液壓仿真模型關(guān)鍵元件

（1）動(dòng)力元件。動(dòng)力元件中，PM000-1是恒定的速度原動(dòng)力，速度完全取決于軸的轉(zhuǎn)矩。PU002-1是一個(gè)理想的變排量液壓泵，是否有流量損失或機(jī)械損失僅由軸的轉(zhuǎn)速、泵的排量和進(jìn)出口壓力決定。其容積效率和機(jī)械效率可以取恒值，也可以通過加載ASCII文件來用數(shù)組定義。（2）控制、輔助元件。控制原件中，RVOO是一個(gè)溢流閥，用來限制整個(gè)液壓系統(tǒng)的最大壓力，該液壓系統(tǒng)的最大壓力應(yīng)該是不小于12MPa，因此設(shè)定壓力為液壓泵的最高壓力17.5MPa。CV000是單向閥的子模型。HSV34_03是典型的三位四通電磁閥，其閥芯的動(dòng)力學(xué)模型可以被用戶建立成固有頻率和阻尼比的二階系統(tǒng)。（3）執(zhí)行元件。M0001-1是AMESim軟件提供的一個(gè)理想的定量馬達(dá)。根據(jù)液壓油的進(jìn)出口壓力和馬達(dá)的排量來決定轉(zhuǎn)速。RL00-1是一個(gè)包括粘性摩擦力、庫倫摩擦、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和靜摩擦力的動(dòng)力學(xué)旋轉(zhuǎn)負(fù)載。

2 液壓系統(tǒng)的仿真分析

根據(jù)圖1的模型，對(duì)所確定的系統(tǒng)壓力、泵出口流量和流經(jīng)馬達(dá)的流量等參數(shù)進(jìn)行仿真分析。在仿真模型中，可以通過修改外部載荷的輸入，研究各種工況下系統(tǒng)工作參數(shù)的變化以及系統(tǒng)響應(yīng)情況。

2.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置及仿真分析

運(yùn)行仿真軟件，建立模型，然后選取帶有容積效率的泵和馬達(dá)的子模型，其它液壓元件及管路的子模型均采用簡單子模型。設(shè)定電動(dòng)機(jī)、變量泵和液壓馬達(dá)的主要參數(shù)，未確定參數(shù)均采用系統(tǒng)默認(rèn)值。設(shè)置時(shí)間，運(yùn)行仿真，得到系統(tǒng)能穩(wěn)定的反應(yīng)液壓泵排量的變化情況；在額定負(fù)載工況下，當(dāng)系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后，經(jīng)仿真得出的系統(tǒng)工作壓力為12.064MPa，變量泵的出口流量為14.023L/min，流經(jīng)液壓馬達(dá)的流量為2.155L/min，在仿真所允許的誤差范圍內(nèi)，系統(tǒng)能很好的滿足要求。

2.2 平穩(wěn)加速過程

假設(shè)6個(gè)輪子都正常工作，其余液壓元件參數(shù)的設(shè)定完全按照實(shí)際液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成。對(duì)變量泵跟主換向閥進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，仿真平穩(wěn)加速過程。平穩(wěn)加速時(shí)的馬達(dá)入口壓力及轉(zhuǎn)矩曲線分別如圖2所示。從圖2可知當(dāng)系統(tǒng)緩慢啟動(dòng)時(shí)，4s中內(nèi)速度從0提升到正常速度，變量泵的供油量從0到11.27mL/r，馬達(dá)加速平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)明顯沖擊或其他異常狀況。

圖2 馬達(dá)進(jìn)口壓力及馬達(dá)扭矩

2.3 前進(jìn)轉(zhuǎn)后退過程

通過控制主油路換向閥的電信號(hào)，來控制系統(tǒng)的前進(jìn)與后退。系統(tǒng)從靜止開始啟動(dòng)，前行2s后緩慢停止，轉(zhuǎn)為后退。電磁閥在第1s內(nèi)從0到40mA，t=1～3s內(nèi)，持續(xù)給40mA信號(hào)，t=3～4s時(shí)，信號(hào)再從40mA減小到0，t=4～5s內(nèi)，保持0信號(hào)，t=5～6s時(shí)，從0減為-40mA，最后保持-40mA到結(jié)束。由圖3分析可知，在進(jìn)行前進(jìn)后退的轉(zhuǎn)換時(shí)，液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換緩和。每次換向時(shí)，由靜止轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)的瞬間馬達(dá)承受的扭矩突然增大，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于作業(yè)車行駛的地面條件所致，所以作業(yè)車在泥濘地形運(yùn)行時(shí)，啟、停動(dòng)作要緩和，不然會(huì)對(duì)馬達(dá)造成損壞。

圖3 馬達(dá)加速度

3 結(jié)束語

液壓系統(tǒng)在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用越來越廣泛，液壓的應(yīng)用大大的降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。因此，我們有必要加大對(duì)液壓系統(tǒng)的深入研究，在生產(chǎn)設(shè)備發(fā)展的進(jìn)程中，液壓系統(tǒng)必將發(fā)揮重大作用。

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作者簡介：劉勇（1992，5-），男，漢族，陜西漢中，碩士研究生，長安大學(xué)汽車學(xué)院。