基于AMESim的液壓驅動系統(tǒng)的仿真

劉勇 張文魁

摘 要：利用AMESim軟件對某型淺海六輪作業(yè)車的液壓驅動系統(tǒng)做仿真分析。通過液壓原件選取、系統(tǒng)模型建立對加速過程、前進轉后退過程二種工況進行仿真分析，通過軟件分析，結果表明該液壓系統(tǒng)可以在該型淺海作業(yè)車上運用，并且可以完全克服以上典型工況，保證作業(yè)車正常運行。

關鍵詞：液壓系統(tǒng)；仿真；AMESim軟件

前言

液壓系統(tǒng)在機械設備中的應用越來越廣泛，液壓系統(tǒng)已經滲入到各個領域，同時針對液壓系統(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，準確的評價液壓系統(tǒng)設計的合理性，以及其能否適應設備的各種工況，我們需要對所設計的系統(tǒng)進行分析研究。AMESim是基于液壓/機械系統(tǒng)建模、仿真及動力學分析軟件等多學科領域復雜系統(tǒng)建模仿真平臺。AMESim為用戶提供了一個系統(tǒng)級工程設計的完整平臺，使得用戶可以在單一的平臺上建立復雜的一維多學科領域的機電液一體化系統(tǒng)模型，并在此基礎上進行仿真計算和深入的分析。

1 液壓系統(tǒng)模型的建立

1.1 模型的建立

該液壓系統(tǒng)應用于一種液壓驅動6輪淺海作業(yè)車，根據液壓系統(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的液壓驅動系統(tǒng)仿真圖

1.2 液壓仿真模型關鍵元件

（1）動力元件。動力元件中，PM000-1是恒定的速度原動力，速度完全取決于軸的轉矩。PU002-1是一個理想的變排量液壓泵，是否有流量損失或機械損失僅由軸的轉速、泵的排量和進出口壓力決定。其容積效率和機械效率可以取恒值，也可以通過加載ASCII文件來用數組定義。（2）控制、輔助元件。控制原件中，RVOO是一個溢流閥，用來限制整個液壓系統(tǒng)的最大壓力，該液壓系統(tǒng)的最大壓力應該是不小于12MPa，因此設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，其閥芯的動力學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軟件提供的一個理想的定量馬達。根據液壓油的進出口壓力和馬達的排量來決定轉速。RL00-1是一個包括粘性摩擦力、庫倫摩擦、轉動慣量和靜摩擦力的動力學旋轉負載。

2 液壓系統(tǒng)的仿真分析

根據圖1的模型，對所確定的系統(tǒng)壓力、泵出口流量和流經馬達的流量等參數進行仿真分析。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)工作參數的變化以及系統(tǒng)響應情況。

2.1 系統(tǒng)參數設置及仿真分析

運行仿真軟件，建立模型，然后選取帶有容積效率的泵和馬達的子模型，其它液壓元件及管路的子模型均采用簡單子模型。設定電動機、變量泵和液壓馬達的主要參數，未確定參數均采用系統(tǒng)默認值。設置時間，運行仿真，得到系統(tǒng)能穩(wěn)定的反應液壓泵排量的變化情況；在額定負載工況下，當系統(tǒng)逐漸穩(wěn)定后，經仿真得出的系統(tǒng)工作壓力為12.064MPa，變量泵的出口流量為14.023L/min，流經液壓馬達的流量為2.155L/min，在仿真所允許的誤差范圍內，系統(tǒng)能很好的滿足要求。

2.2 平穩(wěn)加速過程

假設6個輪子都正常工作，其余液壓元件參數的設定完全按照實際液壓系統(tǒng)設計數據完成。對變量泵跟主換向閥進行參數設置，仿真平穩(wěn)加速過程。平穩(wěn)加速時的馬達入口壓力及轉矩曲線分別如圖2所示。從圖2可知當系統(tǒng)緩慢啟動時，4s中內速度從0提升到正常速度，變量泵的供油量從0到11.27mL/r，馬達加速平穩(wěn)，沒有出現明顯沖擊或其他異常狀況。

圖2 馬達進口壓力及馬達扭矩

2.3 前進轉后退過程

通過控制主油路換向閥的電信號，來控制系統(tǒng)的前進與后退。系統(tǒng)從靜止開始啟動，前行2s后緩慢停止，轉為后退。電磁閥在第1s內從0到40mA，t=1～3s內，持續(xù)給40mA信號，t=3～4s時，信號再從40mA減小到0，t=4～5s內，保持0信號，t=5～6s時，從0減為-40mA，最后保持-40mA到結束。由圖3分析可知，在進行前進后退的轉換時，液壓系統(tǒng)工作平穩(wěn)，轉換緩和。每次換向時，由靜止轉為運動的瞬間馬達承受的扭矩突然增大，產生這種現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)車在泥濘地形運行時，啟、停動作要緩和，不然會對馬達造成損壞。

圖3 馬達加速度

3 結束語

液壓系統(tǒng)在生產實踐中的應用越來越廣泛，液壓的應用大大的降低工人的勞動強度，提高了生產效率，節(jié)約了生產成本。因此，我們有必要加大對液壓系統(tǒng)的深入研究，在生產設備發(fā)展的進程中，液壓系統(tǒng)必將發(fā)揮重大作用。

參考文獻

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