基于AMEsim的裝載機剎車能量回收系統(tǒng)仿真

東鑫淵 魏秀嶺

摘要： 本文在綜合仿真平臺AMESim軟件中建立了裝載機整機模型以及能量回收模型，對裝載機的剎車性能、驅(qū)動能力、啟停能力以及影響因素等進行了仿真分析，旨在驗證液壓回收系統(tǒng)設(shè)計方案的可行性。

關(guān)鍵詞： AMEsim;剎車能;系統(tǒng)仿真

基金項目：西安思源學(xué)院科研資助項目（XASY-B1911）

由于裝載機特定的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)程序，需要完成頻繁的前進、倒退、轉(zhuǎn)向、剎車等運動，造成能量損失嚴(yán)重，如果能將這部分能量回收再利用，必將節(jié)省大量的能量[1]。本文采用綜合仿真平臺AMEsim軟件對安裝有剎車能回收系統(tǒng)的輪式裝載機進行車輛整體建模，包括傳動系統(tǒng)的建模和能量回收系統(tǒng)的建模，并在不同的工作模式下分別進行仿真分析，驗證所設(shè)計的剎車能回收系統(tǒng)的效果。

裝載機行走系統(tǒng)系統(tǒng)建模及仿真

ZL50裝載機行走系統(tǒng)建模

裝載機作業(yè)時剎車性能仿真分析

裝載機在一個循環(huán)作業(yè)中包括：駛向料堆，剎車減速，鏟裝完畢，后退，減速停止，掉轉(zhuǎn)方向，駛向運載車，剎車停止，卸貨，后退到原來位置，完成一個作業(yè)循環(huán)，設(shè)定剎車時間為5秒，在剎車時，離合器斷開，發(fā)動機不在為裝載機提供動力。

由圖2可知，在作業(yè)情況下，特別是剎車過程中，加速度變化不穩(wěn)定，振動幅度較大，這是由于裝載機整機質(zhì)量比較大，而在剎車過程中，突然施加制動力矩造成的，整個過程需要剎車時間比較短，剎車后位移變化幅度比較小。

剎車能量回收系統(tǒng)建模

首先利用AMEsim軟件建立剎車能回收系統(tǒng)的液壓元件模型，包括二次元件，變速箱，各種閥和蓄能器[2]。然后將剎車能回收系統(tǒng)并聯(lián)到輪式裝載機傳動系統(tǒng)中，耦合器采用齒輪系統(tǒng)來模擬，可以得到輪式裝載機剎車能回收仿真圖。

能量回收系統(tǒng)相關(guān)仿真結(jié)果

設(shè)定裝載機啟動時間為5秒，電磁離合器“合”的時間為5秒，二次元件為泵的工況，在仿真圖中，依靠蓄能器進行剎車，并通過二位二通閥控制另一個蓄能器不參與工作，調(diào)定控制二位二通閥打開的時間同樣為5秒。即在裝載機依靠發(fā)動機起步后5秒進行剎車，首先定義蓄能器的充氣壓力為18MPa時。

裝載機剎車性能仿真

由上面兩幅圖可以看出，在7.8秒附近速度降為了零，提高蓄能器壓力，可以縮短剎車時間和剎車距離，但是過高的壓力會降低液壓元件的使用壽命，所以選擇合適的蓄能器壓力是剎車能回收系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。

能量釋放驅(qū)動能力仿真

裝載機利用剎車能回收系統(tǒng)剎車后釋放能量的過程，實線部分代表速度曲線，虛線部分代表加速度曲線，可見在蓄能器釋放過程中，自12秒之后，速度上升速度明顯增大，這是因為蓄能器和發(fā)動機的能量耦合到了一起，共同為裝載機提供動力。在釋放過程中，加速度出現(xiàn)震蕩，這是由于動力耦合后出現(xiàn)的問題，如何讓剎車能回收系統(tǒng)和發(fā)動機的動力達到完美耦合，也是此項剎車能回收技術(shù)研究的重點。而位移曲線則相對比較平穩(wěn)。在剎車后，車的位移變動不大，剎車距離比較理想。

結(jié)論

本文并建立了裝載機的仿真模型，設(shè)置了相關(guān)參數(shù)，建立了剎車能回收系統(tǒng)模型，并與整車模型相結(jié)合。在AMEsim軟件中分析了剎車性能，對不用初始壓力下的能量回收進行了比較，指出了影響因素和原因。并對蓄能器的能量釋放能力和啟動車輛的能力進行了相關(guān)仿真。結(jié)果表明，本文設(shè)計的方案是可行的。

參考文獻

東鑫淵.礦用井下裝載機變速器的總成性能試驗研究[J].民營科技，2018，4：52–53.

趙金祥.液壓節(jié)能汽車制動能量回收及動態(tài)調(diào)節(jié)策略研究[D].長春：吉林大學(xué)，2009.