基于AMESim的液压驱动系统的仿真

刘勇 张文魁

摘 要：利用AMESim软件对某型浅海六轮作业车的液压驱动系统做仿真分析。通过液压原件选取、系统模型建立对加速过程、前进转后退过程二种工况进行仿真分析，通过软件分析，结果表明该液压系统可以在该型浅海作业车上运用，并且可以完全克服以上典型工况，保证作业车正常运行。

关键词：液压系统；仿真；AMESim软件

前言

液压系统在机械设备中的应用越来越广泛，液压系统已经渗入到各个领域，同时针对液压系统的研究也在逐步深入。为了更加渗入的研究液压系统工作过程，准确的评价液压系统设计的合理性，以及其能否适应设备的各种工况，我们需要对所设计的系统进行分析研究。AMESim是基于液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件等多学科领域复杂系统建模仿真平台。AMESim为用户提供了一个系统级工程设计的完整平台，使得用户可以在单一的平台上建立复杂的一维多学科领域的机电液一体化系统模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。

1 液压系统模型的建立

1.1 模型的建立

该液压系统应用于一种液压驱动6轮浅海作业车，根据液压系统的总体方案，利用AMESim的Hydraulic，Mechanical和Signal、Control元件库，建立系统的仿真模型如图1所示。

图1 基于AMESim的液压驱动系统仿真图

1.2 液压仿真模型关键元件

（1）动力元件。动力元件中，PM000-1是恒定的速度原动力，速度完全取决于轴的转矩。PU002-1是一个理想的变排量液压泵，是否有流量损失或机械损失仅由轴的转速、泵的排量和进出口压力决定。其容积效率和机械效率可以取恒值，也可以通过加载ASCII文件来用数组定义。（2）控制、辅助元件。控制原件中，RVOO是一个溢流阀，用来限制整个液压系统的最大压力，该液压系统的最大压力应该是不小于12MPa，因此设定压力为液压泵的最高压力17.5MPa。CV000是单向阀的子模型。HSV34_03是典型的三位四通电磁阀，其阀芯的动力学模型可以被用户建立成固有频率和阻尼比的二阶系统。（3）执行元件。M0001-1是AMESim软件提供的一个理想的定量马达。根据液压油的进出口压力和马达的排量来决定转速。RL00-1是一个包括粘性摩擦力、库伦摩擦、转动惯量和静摩擦力的动力学旋转负载。

2 液压系统的仿真分析

根据图1的模型，对所确定的系统压力、泵出口流量和流经马达的流量等参数进行仿真分析。在仿真模型中，可以通过修改外部载荷的输入，研究各种工况下系统工作参数的变化以及系统响应情况。

2.1 系统参数设置及仿真分析

运行仿真软件，建立模型，然后选取带有容积效率的泵和马达的子模型，其它液压元件及管路的子模型均采用简单子模型。设定电动机、变量泵和液压马达的主要参数，未确定参数均采用系统默认值。设置时间，运行仿真，得到系统能稳定的反应液压泵排量的变化情况；在额定负载工况下，当系统逐渐稳定后，经仿真得出的系统工作压力为12.064MPa，变量泵的出口流量为14.023L/min，流经液压马达的流量为2.155L/min，在仿真所允许的误差范围内，系统能很好的满足要求。

2.2 平稳加速过程

假设6个轮子都正常工作，其余液压元件参数的设定完全按照实际液压系统设计数据完成。对变量泵跟主换向阀进行参数设置，仿真平稳加速过程。平稳加速时的马达入口压力及转矩曲线分别如图2所示。从图2可知当系统缓慢启动时，4s中内速度从0提升到正常速度，变量泵的供油量从0到11.27mL/r，马达加速平稳，没有出现明显冲击或其他异常状况。

图2 马达进口压力及马达扭矩

2.3 前进转后退过程

通过控制主油路换向阀的电信号，来控制系统的前进与后退。系统从静止开始启动，前行2s后缓慢停止，转为后退。电磁阀在第1s内从0到40mA，t=1～3s内，持续给40mA信号，t=3～4s时，信号再从40mA减小到0，t=4～5s内，保持0信号，t=5～6s时，从0减为-40mA，最后保持-40mA到结束。由图3分析可知，在进行前进后退的转换时，液压系统工作平稳，转换缓和。每次换向时，由静止转为运动的瞬间马达承受的扭矩突然增大，产生这种现象的原因是由于作业车行驶的地面条件所致，所以作业车在泥泞地形运行时，启、停动作要缓和，不然会对马达造成损坏。

图3 马达加速度

3 结束语

液压系统在生产实践中的应用越来越广泛，液压的应用大大的降低工人的劳动强度，提高了生產效率，节约了生产成本。因此，我们有必要加大对液压系统的深入研究，在生产设备发展的进程中，液压系统必将发挥重大作用。

参考文献

[1]于淼，石博强.基于AMESim铰接式自卸车液压制动系统建模与仿真[J].机床与液压，2009，37（3）：152-154.

[2]付永领，祁晓野.AMESim系统建模和仿真：从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[3]江勇.深海复合轮式行走机构通过性能研究[D].北京：北京科技大学，2012.

[4]赵志国，余洋，鲁冰.基于AMESim的轨道架线车升降平台液压系统仿真[J].机床与液压，2010，38（24）：61-63.

作者简介：刘勇（1992，5-），男，汉族，陕西汉中，硕士研究生，长安大学汽车学院。