林初仁

（福建群峰機(jī)械有限公司環(huán)衛(wèi)設(shè)備研究所　福建　泉州　362302）

基于AMESim的5070TSLF4掃路車行走系統(tǒng)仿真與試驗(yàn)研究

林初仁

（福建群峰機(jī)械有限公司環(huán)衛(wèi)設(shè)備研究所福建泉州362302）

采用仿真與試驗(yàn)結(jié)合的方式，建立掃路車行走系統(tǒng)的AMESim仿真模型，定位了車輛在較高液壓系統(tǒng)壓力及馬達(dá)較高轉(zhuǎn)速時(shí)實(shí)際車速與理論車速相差較大的原因并提出改善措施。仿真模型的建立也為后續(xù)提高車輛行駛性能等問題的深入研究提供了理論依據(jù)。

行走系統(tǒng)；AMESim仿真模型；閉式液壓系統(tǒng)

1　引言

某5070TSLF4掃路車為全液壓驅(qū)動(dòng)的純掃式掃路車，其行走系統(tǒng)采用閉式液壓驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)，行走速度無極可控，并能利用發(fā)動(dòng)機(jī)反向拖動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)，具有很好的操控性。

本文通過建模仿真與試驗(yàn)相結(jié)合的方式，建立閉式液壓驅(qū)動(dòng)的行走系統(tǒng)仿真模型，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，提出該車輛在設(shè)計(jì)和使用過程中合理化建議，為后續(xù)車型及其他相關(guān)車型的設(shè)計(jì)開發(fā)和深入研究提供理論參考。

2　行走系統(tǒng)簡介

該車輛行走系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式液壓系統(tǒng)，減速器，后橋等組成。其中閉式液壓系統(tǒng)原理簡圖如圖1。

圖1　液壓系統(tǒng)原理簡圖

圖1中的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閉式泵6，并由閉式泵6直接驅(qū)動(dòng)閉式馬達(dá)10，再通過減速器驅(qū)動(dòng)后橋后輪轉(zhuǎn)動(dòng)。閉式泵的排量和方向由伺服閥5進(jìn)行控制，從而控制車速和行駛方向，閉式馬達(dá)10有兩檔排量，形成快速擋和慢速擋。系統(tǒng)的壓力由對稱布置的高壓溢流閥3進(jìn)行限制，安裝于馬達(dá)側(cè)的沖洗閥將低壓側(cè)油液置換至油箱，并由補(bǔ)油泵1通過補(bǔ)油單向閥補(bǔ)充進(jìn)低壓側(cè)，從而對閉式系統(tǒng)進(jìn)行冷卻和油液置換。

3　仿真模型的建立與試驗(yàn)分析

3.1建立仿真模型

本文采用AMESim軟件進(jìn)行其行走系統(tǒng)的建模仿真，仿真模型如圖2。

圖2　掃路車行走系統(tǒng)仿真模型

圖2中主要元件從左到右為：發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式泵、內(nèi)置補(bǔ)油泵、補(bǔ)油溢流閥、雙單向高壓溢流閥、沖洗閥、沖洗溢流閥、閉式馬達(dá)、減速器、車輛模型等。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；

（2）變量泵排量及方向；

（3）變量馬達(dá)排量；

（4）車輛負(fù)載；

（5）車輛爬坡度；

（6）風(fēng)速。

系統(tǒng)建模主要初始參數(shù)如表1。

表1　

通過將仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，設(shè)定車輛行駛阻力系數(shù)為0.025，風(fēng)阻系數(shù)為0.5，液壓泵容積效率0.98，馬達(dá)容積效率為0.95。

3.2車輛行走性能仿真及試驗(yàn)分析

3.2.1車輛慢速擋仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600rpm，泵最大排量53.8cc/rev，馬達(dá)慢速擋排量107cc/rev時(shí)，車輛在不同坡度的道路上行駛速度及液壓系統(tǒng)壓力仿真結(jié)果如圖3～4。

圖3　車輛慢速擋在不同坡度路面上的速度曲線

圖4　車輛慢速擋在不同坡度路面上的液壓系統(tǒng)壓力

仿真結(jié)果與試驗(yàn)測得值進(jìn)行比較，如表2。

表2　

對比分析仿真及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：

（1）系統(tǒng)壓力仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相差16bar以內(nèi)，屬正常誤差范圍。

（2）在路面坡度0%、5%、10%三組數(shù)據(jù)中，行駛速度仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相差1km/h以內(nèi)，但16%坡度路面上，行駛速度的仿真結(jié)果為15km/h，但實(shí)測為10km/h，相差較大。此時(shí)行走馬達(dá)理論轉(zhuǎn)速為1217rpm。

（3）從前三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，在系統(tǒng)壓力較低的情況下（小于200bar），其試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果在誤差允許范圍內(nèi)，而在系統(tǒng)壓力較高時(shí)（大于200bar），其行駛速度衰減明顯。

3.2.2車輛快速擋仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2600rpm，泵最大排量53.8cc/rev，馬達(dá)快速擋排量52cc/rev時(shí)，車輛在不同坡度的道路上行駛速度及液壓系統(tǒng)壓力仿真結(jié)果如圖5～6。

仿真結(jié)果與試驗(yàn)測得值進(jìn)行比較，如表3。

對比分析仿真及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：

（1）車輛快速擋時(shí)在0%和1%坡度的道路上行駛時(shí)，車速、系統(tǒng)壓力的仿真結(jié)果和試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)相差不大，在誤差允許范圍內(nèi)。

（2）車輛快速擋在5%坡度路面上行駛時(shí)，仿真的行駛速度為31km/h，實(shí)測為23km/h，結(jié)果相差較大，且加速過程長達(dá)25s，說明該車輛不適合在坡度大于等于5%的道路上用快速擋行駛。此時(shí)行走馬達(dá)理論轉(zhuǎn)速為2368rpm。

（3）觀察三組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)系統(tǒng)壓力小于200bar時(shí)，仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符，當(dāng)系統(tǒng)壓力大于等于200bar時(shí)，仿真結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大，車輛行駛速度衰減嚴(yán)重。

圖5　車輛快速擋在不同坡度路面上的速度曲線

圖6　車輛快速擋在不同坡度路面上的液壓系統(tǒng)壓力

表3　

3.3車輛行走性能數(shù)據(jù)結(jié)論分析

觀察3.2.1節(jié)和3.2.2節(jié)數(shù)據(jù)分析的結(jié)論，可概況如下：

在系統(tǒng)壓力小于200bar時(shí)，車輛慢速擋、快速擋在不同坡度的路面上行駛速度和系統(tǒng)壓力的仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符；在系統(tǒng)壓力大于等于200bar時(shí)，車輛的行駛速度衰減明顯。該行走系統(tǒng)造成行駛速度衰減的可能原因分析如下：

（1）在系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不夠，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致行駛速度降低。但在試驗(yàn)過程中，系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在設(shè)定的2600rpm，未見降低，說明該分析不成立；

（2）在系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，變量泵控制系統(tǒng)減小了泵排量，系統(tǒng)流量減少導(dǎo)致行駛速度降低。但在試驗(yàn)過程中，在系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，電比例控制變量泵的電信號實(shí)測并未見變動(dòng)，且泵內(nèi)部本身也沒有功率限制功能，故該可能的原因不成立；

（3）在系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，變量泵和變量馬達(dá)泄露加大，容積效率降低，導(dǎo)致系統(tǒng)行駛速度衰減明顯。在系統(tǒng)壓力小于200bar時(shí)，系統(tǒng)壓力對泵、馬達(dá)容積效率的影響減小，車輛行駛速度正常，該分析與試驗(yàn)結(jié)果相符；

（4）在快速擋時(shí)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速達(dá)2368rpm，馬達(dá)轉(zhuǎn)速較高，也會(huì)導(dǎo)致馬達(dá)容積效率降低，加劇了行駛速度衰減的程度。

考慮到該試驗(yàn)用車已經(jīng)過較長時(shí)間實(shí)際路況試驗(yàn)，且在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初未對閉式回路設(shè)置沖洗閥，閉式回路內(nèi)部存在油液清潔度差、油溫高等問題，使得相關(guān)液壓元件存在一定的磨損，故導(dǎo)致系統(tǒng)壓力大于200bar時(shí)，容積效率降低嚴(yán)重導(dǎo)致車輛行駛速度降低。同時(shí)，也存在馬達(dá)的制造質(zhì)量問題導(dǎo)致馬達(dá)在轉(zhuǎn)速較高時(shí)容積效率下降偏大，加劇了車輛行駛速度衰減的程度。

結(jié)合仿真結(jié)果和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及以上所作的導(dǎo)致車速降低的原因分析，可知圖2所示的AMESim行走系統(tǒng)模型建立準(zhǔn)確，參數(shù)設(shè)置較為合理，可在此模型的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)做更多深入研究，如閉式系統(tǒng)補(bǔ)油-沖洗回路研究、閉式行走液壓系統(tǒng)熱平衡研究等，也可作為其他相關(guān)車型在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析、工程應(yīng)用等方面的理論依據(jù)。

4　結(jié)論

（1）定位了試驗(yàn)用車在液壓系統(tǒng)壓力大于200bar及馬達(dá)轉(zhuǎn)速較高時(shí)行駛速度和理論設(shè)計(jì)速度相差較大的原因，提出了改善閉式行走液壓系統(tǒng)油液清潔度，增加沖洗回路的建議及使用制作質(zhì)量較好的馬達(dá)等液壓元件。

（2）建立了閉式液壓驅(qū)動(dòng)的車輛行走系統(tǒng)的AMESim仿真模型，基于此模型可展開對提高車輛行駛性能、改善液壓系統(tǒng)熱平衡等問題的深入研究。

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U469.6+91

A

1673-0038（2015）39-0197-03

2015-9-7

林初仁（1969-），男，本科，主要從事液壓機(jī)械設(shè)計(jì)工作。