基于AMESim粉碎機液壓馬達的特性分析

孫偉光　張健　王占軍

摘要：針對木材粉碎機啟動電流大、工作速度高、停止時候轉(zhuǎn)動慣量大容易損壞電機的問題，提出液壓馬達解決方案。利用AMESIM軟件建立粉碎機液壓馬達的數(shù)學(xué)模型，對液壓馬達的啟動、工作、停止過程轉(zhuǎn)動慣量、負載扭矩進行了研究，分析液壓馬達仿真的結(jié)果，提出使用液壓馬達的注意事項。

關(guān)鍵詞：液壓馬達；AMESim仿真；轉(zhuǎn)動慣量；木材粉碎機；數(shù)學(xué)模型 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH137 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

隨著現(xiàn)在城市規(guī)模的越來越大，綠化樹木的植物垃圾急劇增多，如集中堆積就會占據(jù)寶貴土地資源；如拉到郊區(qū)就會增加大量的人力、運輸成本。木材粉碎機是專門對植物垃圾進行粉碎處理。但是木材粉碎機電機為工業(yè)用電，普通木材粉碎機受電源限制。也有柴油機驅(qū)動，擴大了粉碎機的應(yīng)用場所，但是發(fā)動機產(chǎn)生的噪音、污染也不容忽視。

本文選用的路線為，選用廂式貨車為載體，車主軸的機械能轉(zhuǎn)換為液壓系統(tǒng)液壓能，再用液壓馬達把液壓能轉(zhuǎn)換為粉碎機的動力?？朔F(xiàn)有粉碎機受供電條件的約束，可解決木材粉碎機的動力問題，擴大了粉碎機的使用范圍，實現(xiàn)了樹枝粉碎機加工的靈活性。因此有必要對液壓馬達進行分析和研究。

（3）

式中：為轉(zhuǎn)角；為液壓馬達的排量；為總泄漏系數(shù)；為總?cè)莘e；為總慣量；為粘性阻尼系數(shù)；為負載的扭矩彈簧剛度；為外負載力矩。

由式（1）、式（2）、式（3）得到：

（4）

對閥控液壓馬達彈簧負載很少見。當為零，且遠小于1時，上式簡化為：

液壓馬達軸的轉(zhuǎn)角對閥芯位移、外負載力的傳遞函數(shù)分別為：

2 模型參數(shù)化及仿真實驗

上式看出，馬達轉(zhuǎn)角主要受到閥開頭位移、外負載的影響。而系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)主要受四個因素：負載慣量、外負載、馬達排量和馬達排量來作為仿真研究對象，來驗證閥控液壓馬達的特性。因為馬達轉(zhuǎn)速、排量一般先選定，所以只仿真外負載、負載慣量。

依據(jù)某型木材粉碎機參數(shù)進行建模，具體數(shù)據(jù)如表1所示：

3 基于AMEsim的閥控液壓馬達的特性仿真

以轉(zhuǎn)動慣量、負載扭矩為研究對象。是液壓馬達和負載折算到液壓馬達軸上的總慣量；負載慣量是根據(jù)粉碎機工作時候的軸、刀盤、甩刀及附屬配件的轉(zhuǎn)動慣量。根據(jù)粉碎機的類型，仿真時轉(zhuǎn)動慣量分別設(shè)置為2kg/m2、4.5kg/m2、8kg/m2。負載扭矩是粉碎機工作的受力分析，假設(shè)工作時所受力矩5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、100nm，因為設(shè)備啟動、停止時為空轉(zhuǎn)，因此，負載扭矩只是在理想狀態(tài)。

第一，以2kg/m2、4.5kg/m2、=0，對負載扭矩進行批處理。

由圖3和圖4得，粉碎機啟動、停止的時候，轉(zhuǎn)動慣量越大，粉碎機停機的時間越長。

第二，以2kg/m2、4.5kg/m2、=0.02，對負載扭矩進行批處理。

由圖5和圖6得，轉(zhuǎn)速越大、轉(zhuǎn)動慣量越大，粘性阻尼系數(shù)作用效果越明顯。

第三，=0、=0、0.02，對轉(zhuǎn)動慣量進行批處理。

由圖7和圖8得，對粉碎機空載啟動時間影響不大。但是加載阻尼時，曲線有明顯的動態(tài)波動，容易對液壓馬達壓力造成波動影響。

由圖9和圖10看出，在=0、=0時停機，至少需要5～6分鐘時間才能停下來。=0.02時停機，可以控制在1～2分鐘內(nèi)。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)仿真結(jié)果與分析，轉(zhuǎn)動慣量在為4.5kg/m2、粘性阻尼系數(shù)為0.02時，啟動、停止效果比較好；（2）啟動時候?qū)D(zhuǎn)速有明顯的波動，容易對液壓馬達流量、壓力造成影響，因此液壓馬達需要增加緩沖補油閥；（3）可以看出，無論轉(zhuǎn)動慣量2kg/m2、4.5kg/m2，無論有沒有阻尼系數(shù)，停機時間都會很長，對風機的控制非常的困難、危險，所以應(yīng)當加以控制；（4）停機時附加100Nm的負載力矩，停機時間可由44s可以縮短到4s，可明顯縮短設(shè)備的停機時間。

參考文獻

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作者簡介：孫偉光（1984-），男，河南鄭州人，供職于鄭州中遠干燥技術(shù)有限公司，研究方向：過程裝備與控制

工程。

（責任編輯：黃銀芳）