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 劉  磊，楊國(guó)豪，徐軼群

 （集美大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院，福建  廈門(mén)  361000）

摘要：對(duì)推土機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理進(jìn)行分析，引入EASY5軟件，對(duì)推土機(jī)行駛液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模及仿真。以三一重工TQ230A推土機(jī)為例，通過(guò)仿真對(duì)系統(tǒng)在3 800 Nm荷下的穩(wěn)定性及系統(tǒng)各元件參數(shù)變化進(jìn)行了分析。分別通過(guò)改變主泵和馬達(dá)的排量，得到相關(guān)系統(tǒng)各元件參數(shù)變化曲線，為現(xiàn)實(shí)推土機(jī)工作狀態(tài)控制提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：全液壓推土機(jī)；EASY5；系統(tǒng)仿真；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 中圖分類號(hào)：TP391.9：TU623.5  

 0引言

 隨著電液技術(shù)的發(fā)展，液壓元件成本的降低，由泵和馬達(dá)組成的靜壓傳動(dòng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在工程領(lǐng)域中，以提高效率和動(dòng)力。對(duì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)特性仿真研究有利于評(píng)價(jià)其工作性能，為技術(shù)人員提供便利。推土機(jī)承受波動(dòng)劇烈的非平穩(wěn)隨機(jī)載荷，由于其行駛系統(tǒng)采用單邊獨(dú)立的變量泵  變量馬達(dá)閉式系統(tǒng)，使得模型和仿真復(fù)雜，因而對(duì)其進(jìn)行分析具有普遍意義。

1推土機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成

 全液壓推土機(jī)采用現(xiàn)代泵控系統(tǒng)，通過(guò)電液節(jié)流控制元件對(duì)液壓泵或液壓馬達(dá)的排量參數(shù)進(jìn)行控制，其動(dòng)力傳動(dòng)方式為發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)雙邊變量泵，經(jīng)雙邊變量馬達(dá)傳遞至減速裝置，從而驅(qū)動(dòng)履帶行走。

 圖1為典型的靜液壓推土機(jī)單邊行駛驅(qū)動(dòng)回路。該系統(tǒng)由變量泵及其調(diào)整機(jī)構(gòu)1、變量馬達(dá)及其調(diào)整機(jī)構(gòu)2、安全閥3、單向閥4、補(bǔ)油溢流閥5、梭閥6、溢流閥7、濾油器8、補(bǔ)油泵9和油箱等組成。其中變量泵1充當(dāng)動(dòng)力元件和控制元件，通過(guò)調(diào)整泵的排量改變泵流量大小和方向，從而改變液壓馬達(dá)輸出速度大小及方向；通過(guò)改變馬達(dá)排量使系統(tǒng)壓力在外負(fù)荷有較大變化時(shí)保持在小范圍波動(dòng)；安全閥3和單向閥4組成安全系統(tǒng)，限定最大工作壓力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)油路高低壓互換；補(bǔ)油泵9向系統(tǒng)的低壓管道補(bǔ)油，梭閥6用于系統(tǒng)油液換熱以及沖洗馬達(dá)污垢。

2液壓系統(tǒng)仿真模型的建立

 本文以三一重工的TQ230A全液壓推土機(jī)為例設(shè)定仿真參數(shù)。TQ230A的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

 根據(jù)推土機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖，選用EASY5仿真軟件進(jìn)行建模。EASY5的強(qiáng)大功能就是建立了一批對(duì)應(yīng)真實(shí)物理部件的仿真模型，如泵、馬達(dá)、閥、管路、分流集流和液壓油等，用戶只要如同組裝真實(shí)的液壓系統(tǒng)一樣，把相應(yīng)的部件圖標(biāo)從庫(kù)里取出，設(shè)定參數(shù)，連接各個(gè)部件，就可以構(gòu)造用戶自己的液壓系統(tǒng)，而不必關(guān)心具體部件背后煩瑣的數(shù)學(xué)模型，因此EASY5的液壓系統(tǒng)仿真軟件非常適合工程人員使用。

 但由于仿真軟件元件庫(kù)的原因，對(duì)部分元件我們進(jìn)行了替換，但基本保證系統(tǒng)不會(huì)受到影響，建模結(jié)果如圖2所示。將SF模塊通過(guò)慣性環(huán)節(jié)分別與主泵和補(bǔ)油泵相連，加載時(shí)刻從仿真開(kāi)始后1 s起，控制其轉(zhuǎn)速，使其穩(wěn)定在2 200 r／min。將SF模塊通過(guò)慣性環(huán)節(jié)與液壓馬達(dá)相連，加載時(shí)刻從仿真開(kāi)始后3 s起，控制馬達(dá)的負(fù)載，使其分別為300 Nm和3 800 Nm。仿真時(shí)間設(shè)定為5 s，仿真精度值設(shè)為0. 01。

3  仿真結(jié)果分析

3.1  馬達(dá)高負(fù)荷下的系統(tǒng)狀態(tài) 

加載馬達(dá)負(fù)荷為3 800 Nm，通過(guò)仿真得到的結(jié)果如圖3～圖5所示。

由圖3可知，馬達(dá)加載較大負(fù)荷時(shí)，主泵瞬時(shí)壓力升高較快，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，主泵壓力值基本與馬達(dá)正常負(fù)載(300 Nm)時(shí)的壓力值相同，當(dāng)負(fù)載過(guò)大時(shí)，主泵瞬時(shí)壓力值出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有待加強(qiáng)。

 由如圖4可知，馬達(dá)負(fù)載為3 800 Nm時(shí)，安全溢流閥出現(xiàn)溢流，溢流時(shí)間僅持續(xù)0.16 s，由于過(guò)大負(fù)荷加載的瞬間主泵壓力迅速增大且呈現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致該溢流階段流量波動(dòng)較大。

 由圖5可知，馬達(dá)加載過(guò)大負(fù)荷瞬間，梭閥溢流量隨之迅速增大，此時(shí)梭閥起到了及時(shí)換熱的作用。

3.2  主泵和馬達(dá)不同排量比下的系統(tǒng)狀態(tài)

 為了研究推土機(jī)不同工況下各元件的工作狀態(tài)，分別改變主泵和馬達(dá)的排量比來(lái)進(jìn)行分析。先控制馬達(dá)為全排量，主泵排量比分別為80%、40%，再控制主泵為全排量，馬達(dá)排量比為80%和40%，得到相關(guān)元件參數(shù)變化曲線，如圖6所示。其中仿真開(kāi)始后3s起馬達(dá)加載負(fù)荷300 Nm。

 由圖6可得以下結(jié)論：①空載情況下，馬達(dá)進(jìn)口壓力及梭閥輸出流量隨主泵排量升高而升高；②有負(fù)載情況下，馬達(dá)進(jìn)口壓力及梭閥輸出流量不受主泵排量影響；③若馬達(dá)排量過(guò)小，在主泵啟動(dòng)瞬間系統(tǒng)壓力急劇升高，使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，故馬達(dá)排量不宜過(guò)��；④其他條件不變的情況下，馬達(dá)轉(zhuǎn)速隨馬達(dá)排量降低而升高，馬達(dá)加載負(fù)荷后對(duì)馬達(dá)轉(zhuǎn)速影響很小，使馬達(dá)轉(zhuǎn)速下降約9%。綜合以上結(jié)論可知：負(fù)荷增大時(shí)，馬達(dá)應(yīng)為大排量低轉(zhuǎn)速；負(fù)荷減小時(shí)，馬達(dá)應(yīng)為小排量高轉(zhuǎn)速。

4  結(jié)語(yǔ)

 本文利用EASY5仿真軟件對(duì)推土機(jī)行駛系統(tǒng)進(jìn)行了建模，選取3 800 Nm負(fù)載工況進(jìn)行了仿真分析，發(fā)現(xiàn)TQ230A推土機(jī)行駛系統(tǒng)在高負(fù)荷下的穩(wěn)定性還有待提高。分別改變主泵和馬達(dá)的排量比得到了推土機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各元件參數(shù)的關(guān)系和變化規(guī)律，為現(xiàn)實(shí)推土機(jī)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制提供了參考依據(jù)。