掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置特性AMESim仿真分析*

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 黃秋芳

掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置特性AMESim仿真分析*

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 黃秋芳

該文介紹了一種掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)組成、工作原理，通過(guò)分析調(diào)速特性和計(jì)算液壓功率分流比，運(yùn)用AMESim軟件對(duì)該裝置傳動(dòng)特性進(jìn)行仿真分析，為該類(lèi)型掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

復(fù)合傳動(dòng) 功率分流 AMESim

1　概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，全國(guó)城市建設(shè)進(jìn)入了迅速發(fā)展時(shí)期，道路交通建設(shè)得到了極大的重視，一條條新規(guī)劃大道縱橫于城區(qū)之間，使以往交通擁擠的狀況得到了明顯改善。與此同時(shí)，社會(huì)各界對(duì)環(huán)境保護(hù)及市容市貌提出了更高的要求。為滿(mǎn)足城市道路清掃保潔的需要，掃路作業(yè)專(zhuān)用車(chē)事業(yè)在我國(guó)發(fā)展迅速。目前，我國(guó)中高端環(huán)衛(wèi)裝備的關(guān)鍵配套件基本依靠進(jìn)口，不但價(jià)格高，供貨還不及時(shí)，“受制于人”。這是我國(guó)環(huán)衛(wèi)裝備發(fā)展中高端產(chǎn)品以及擴(kuò)大出口的瓶頸。在行業(yè)內(nèi)，傳統(tǒng)的掃路車(chē)產(chǎn)品是使用雙發(fā)動(dòng)機(jī)配置，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛，另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)掃路作業(yè)裝置，這種配置油耗高、排放高，占用掃路車(chē)輛的空間大，也會(huì)出現(xiàn)大馬拉小車(chē)的現(xiàn)象。實(shí)踐表明，在掃路車(chē)底盤(pán)上安裝使用一種機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置，使車(chē)輛既能經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)快速行駛，又能以機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)方式無(wú)級(jí)變速驅(qū)動(dòng)行駛，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)省零部件安裝空間、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率高、降低油耗、降低排放的目標(biāo)。

2　掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

掃路車(chē)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)主要由機(jī)械功率流、液壓功率流以及兩自由度的行星輪系組成的功率分流機(jī)構(gòu)組成。常見(jiàn)的機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)可分為輸入分流式和輸出分流式兩種基本形式。本文對(duì)一種輸出分流式機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，其結(jié)構(gòu)裝置原理如圖1所示，主要由液壓部分、機(jī)械部分和功率分匯流機(jī)構(gòu)（行星齒輪機(jī)構(gòu)）等三部分組成。整個(gè)系統(tǒng)的輸入是發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸，輸入功率由發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸傳遞到行星輪系（包括太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈和行星架等），分為兩部分傳遞出去：一部分經(jīng)過(guò)內(nèi)齒圈直接傳遞到輸出軸；另一部分經(jīng)過(guò)行星架、齒輪2、齒輪1、液壓變量泵、液壓馬達(dá)、齒輪3、齒輪4傳遞到輸出軸。這兩部分功率最終在輸出軸進(jìn)行疊加，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸出。該系統(tǒng)綜合了液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，因而具有較好的調(diào)速特性和較高的傳動(dòng)效率。圖2是該復(fù)合傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖。

圖1　外分流式液壓-機(jī)械復(fù)合傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖

圖2　外分流式液壓-機(jī)械復(fù)合裝置結(jié)構(gòu)圖

從方案原理圖的傳動(dòng)關(guān)系可以得出：

式中： ns為太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速； nr為齒圈轉(zhuǎn)速； nh為行星架轉(zhuǎn)速；β為當(dāng)行星輪系的行星架固定，以太陽(yáng)輪作為輸入、內(nèi)齒圈作為輸出時(shí)行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系傳動(dòng)比；A=-（1+β）；i12為齒輪1到齒輪2的傳動(dòng)比；i34為齒輪3到齒輪4的傳動(dòng)比；e為變量泵與液壓馬達(dá)的排量比。式（3）為整個(gè)系統(tǒng)輸出中液壓部分輸出所占的比例。

3　AMESim仿真分析

本文通過(guò)對(duì)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)特性理論進(jìn)行分析并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的工作情況，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了匹配，得出一組理論上較為合理的參數(shù)數(shù)據(jù)。為了進(jìn)一步的研究與分析，采用AMESim軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，分別對(duì)機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置中的機(jī)械傳動(dòng)部分和閉式液壓傳動(dòng)部分進(jìn)行建模及整個(gè)系統(tǒng)的仿真分析。

仿真模型的建立主要依據(jù)上文所述原理進(jìn)行，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)負(fù)載等模塊，各模塊的工作模式與狀態(tài)由控制器進(jìn)行控制。在 AMESim 環(huán)境下，調(diào)用系統(tǒng)提供的液壓庫(kù)、機(jī)械庫(kù)、傳動(dòng)庫(kù)和信號(hào)庫(kù)，建立如圖 3所示的機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置系統(tǒng)仿真模型。為取得良好的仿真效果，要根據(jù)理論分析選擇合適的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表 1所示。仿真環(huán)境為：介質(zhì)密度830kg/m3，動(dòng)力粘度5×10-2Pa·s，參考溫度為 55℃。

圖3　機(jī)械-液壓復(fù)合傳動(dòng)系統(tǒng)AMESim仿真模型

表1　仿真參數(shù)設(shè)置

圖4　行星輪系中太陽(yáng)輪、齒圈、行星架轉(zhuǎn)速曲線(xiàn)

圖5　液壓變量泵出口壓力曲線(xiàn)

圖6　液壓馬達(dá)入口壓力曲線(xiàn)

圖7　機(jī)械輸出扭矩及總輸出扭矩曲線(xiàn)

設(shè)置仿真時(shí)間為5s，由于具有液壓閉式系統(tǒng)，整個(gè)響應(yīng)速度約1s，穩(wěn)定后液壓閉式系統(tǒng)壓力為146.7bar；太陽(yáng)輪轉(zhuǎn)速1800rpm；齒圈轉(zhuǎn)速-997rpm（負(fù)號(hào)表示方向相反，下同）；行星架198rpm；機(jī)械輸出扭矩197NM，總扭矩275NM，機(jī)械所占比例為72%。仿真結(jié)果驗(yàn)證了機(jī)械—液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比及液壓功率分流比理論分析的準(zhǔn)確性，由于該仿真系統(tǒng)僅采用開(kāi)環(huán)控制，沒(méi)有采用控制器進(jìn)行協(xié)同閉環(huán)控制，使得系統(tǒng)在趨于穩(wěn)定前的仿真參數(shù)結(jié)果波動(dòng)較大。

4　結(jié)束語(yǔ)

采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能減排的單發(fā)動(dòng)機(jī)配置取代雙發(fā)動(dòng)機(jī)配置是掃路車(chē)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，本文介紹了一種掃路車(chē)用輸出分流式機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置，通過(guò)對(duì)該裝置調(diào)速特性的分析，給出了該裝置傳動(dòng)比及液壓功率分流比的計(jì)算公式，運(yùn)用AMESim軟件對(duì)其特性進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析的準(zhǔn)確性，為該機(jī)械液壓復(fù)合傳動(dòng)裝置后續(xù)研究提供理論依據(jù)。

［1］ 王鐵軍. 工程機(jī)械上液壓機(jī)械傳動(dòng)的應(yīng)用探究［J］.液壓與氣動(dòng)，2012（6）∶61-63.

［2］ 苑士華，魏超，張銀彩. 液壓機(jī)械無(wú)級(jí)變速器動(dòng)態(tài)特性的影響因素研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008（2）∶33-38.

［3］ 杜玖玉，苑士華，魏超， 等. 雙模式液壓機(jī)械傳動(dòng)工作特性分析［J］. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009， 5（4）∶ 86-89.

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*注：福建省區(qū)域重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2010H4024） 。