（机械工程专业论文）装载机液压系统动态性能仿真与实验研究.pdf

摘要 摘要 在工程机械中，液压系统是十分重要的核心部件之一，液压系统的可靠性对 于整机性能至关重要。通过对液压系统的动态性能的仿真、分析与研究，可以为 整机性能的提高和优化提供理论依据，缩短开发周期，降低研发成本。 本课题以某机型装载机液压系统为研究对象，利用s i m u l a f i o n x 仿真软件对工 作装置液压系统进行了仿真建模，建立了整机工作装置的多体动力学模型，得到 了工作装置液压系统及其元件的动态性能、不同负荷情况下的压力流量特性等性 能指标。 本文主要进行了以下几部分的工作：建立了某型号装载机整机工作装置液压 系统及其元件的仿真模型，分析了工作装置液压系统及其各个元件的动态性能参 数；建立了工作装置机械机构的多体动力学模型，分析了各回路的压力、流量等特 性参数；通过一系列实验，测试工作装置液压系统在不同工况下的动态特性，将实 验结果与仿真结果进行对比，进一步完善了仿真模型，同时也为继续在该模型基 础上对装载机液压系统的优化匹配研究提供实际依据。 本文对装载机各个工作装置的液压系统进行了建模，得出了理想的仿真结果； 跟实验数据进行对比，为以后装载机的技术改进和系统优化提供模型参考；通过 对装载机液压系统的建模仿真与实验研究，全面掌握装载机液压系统的动态性能， 包括各元件的在不同作业状况下的压力流量特性、流量脉动、压力瞬态峰值等性 能参数，为整机液压系统性能的优化打下基础。 关键词：液压系统；动态仿真；实验研究；装载机 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i nc o n s t r u c t i o nm a c h i n e r y ，h y d r a u l i cs y s t e mi so n eo fc r i t i c a lc o r ec o m p o n e n t s ，a n d t h er e l i a b i l i t yo fh y d r a u l i cs y s t e mi se s s e n t i a lt ot h e p e r f o r m a n c eo fl o a d e r t h e s i m u l a t i o n , a n a l y s i sa n dr e s e a r c h a b o u td y n a m i cp e r f o r m a n c eo fl o a d e r h y d r a u l i c s y s t e mp r o v i d et h et h e o r yf o rt h ei m p r o v e m e n to ft h eo p t i m i z a t i o no ft h ep e r f o r m a n c e o ft h e l o a d e r ，w h i c hc a ns h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tc y c l ea n dr e d u c et h ec o s to f d e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c h t h i si s s u ef o c u s e do nt h eh y d r a u l i cs y s t e mo fc e r t a i nm o d e ll o a d e ra n dc o m p l e t e d t h e m o d e l i n g a n ds i m u l a t i o nf o r h y d r a u l i cs y s t e m o fw o r k i n gd e v i c e s 、析廿l s o f t w a r e s i m u l a t i o n x ，e s t a b l i s h e dt h ed y n a m i cm o d e lo ft h ee n t i r em a c h i n e ，g o tt h e d y n a m i cp e r f o r m a n c e so ft h ee n t i r em a c h i n e ，p r e s s u r e - f l o wc h a r a c t e r i s t i c so ft h e m a c h i n e sh y d r a u l i cs y s t e ma td i f f e r e n tl o a d sa n do t h e rp e r f o r m a n c ei n d e x e s t h i sp a p e rc o m p l e t e dt h es e v e r a lf o l l o w i n gw o r k s ：e s t a b l i s h e dt h em o d e l i n go f w o r k i n gd e v i c e sa n dt h ec o m p o n e n t so fw h e e ll o a d e rh y d r a u l i cs y s t e m ，a n a l y z e dt h e d y n a m i cp e r f o r m a n c e sa n dp a r a m e t e r so ft h eh y d r a u l i cs y s t e mo fw o r k i n gd e v i c e sa n d t h ec o m p o n e n t s ；e s t a b l i s h e dt h em u l t i - b o d yd y n a m i c sm o d e l i n go ft h em e c h a n i c a l s t r u c t u r eo fw o r k i n gd e v i c e sa n da n a l y z e da n a l y z i n gp r e s s u r e - f l o wc h a r a c t e r i s t i c sa n d o t h e rp a r a m e t e r s t h r o u g has e r i e so fe x p e r i m e n t s ，t e s tt h ed y n a m i cp r o p e r t i e so fw o r k d e v i c e su n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，a n dc o m p a r et h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s 诚t l lt h e s i m u l a t i o nm o d e l ，w h i c hc a l lp r o v i d ed a t as u p p o r tf o rf u r t h e ri m p r o v i n gt h es i m u l a t i o n m o d e l i n g ，a sw e l l 嬲p r o v i d et h ea c t u a lb a s i s f o rt h er e s e a r c ho fo p t i m i z a t i o na n d m a t c h i n go ft h eh y d r a u l i cs y s t e mb a s e do nt h ee s t a b l i s h e dm o d e l i n g t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e dt h em o d e l i n go fa l lt h ew o r kd e v i c e sa n dt h eh y d r a u l i c s y s t e mo f t h ee n t i r el o a d e r w h i c ho b t a i n e di d e a ls i m u l a t i o nr e s u l t s ；c o m p a r e d 、析t l lt h e e x p e r i m e n t a ld a t a , w h i c hp r o v i d e dt h em o d e l i n gr e f e r e n c ef o rt e c h n i c a li m p r o v e m e n t a n do p t i m i z a t i o no fl o a d e rs y s t e mi nt h ef u t u r e ；a n a l y z et h ep r e s s u r el o s so ft h e h y d r a u l i cs y s t e mo fw o r kd e v i c e s ，a n da d v a n c e ds o m ei m p r o v e m e n tp r o j e c t s b y s i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a l s t u d yo fh y d r a u l i cs y s t e mm o d e l i n go fw h e e ll o a d e r , g r a s p e dt h e s t a t i ca n dd y n a m i cp e r f o r m a n c eo fh y d r a u l i c s y s t e mo fw h e e ll o a d e r c o m p r e h e n s i v e l y , i n c l u d i n gp r e s s u r e - f l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，f l o wp u l s a t i o n , t h ep r e s s u r e l 山东大学硕士学位论文 t r a n s i e n ts t a t ep e a l 【a n ds h o c k , t h er e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m p o n e n t si n d i f f e r e n to p e r a t i n gc o n d i t i o n st oo p t i m i z et h e d e s i g n e d p a r a m e t e r s ，b u i l d i n gt h e f o u n d a t i o no ft h eo p t i m i z a t i o no ft h es y s t e mp e r f o r m a n c eo ft h ee n t i r es y s t e m s h y d r a u l i cs y s t e m k e y w o r d s ：h y d r a u l i cs y s t e m ，d y n a m i cs i m u l a t i o n ，e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h ，w h e e ll o a d i v c o n i e ni s c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e l a b s t r a c ti ne n g l i s h i i i 1i n t r o d u c t i o n l 1 1r e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 1 1 2r e s e a r c hs t a t u si nd o m e s t i ca n df o r e i g n 2 1 2 1 s t a t u so fs i m u l a t i o nt e c h n o l o g ya n di t sa p p l i c a t i o n 2 1 2 2s t a t u so fh y d r a u l i cs i m u a l t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hi nm a c h i n e r y “6 1 2 3t h ep r o b l e m so ft h er e s e a r c h 1 1 1 3r e s e a r c hc o n t e n t so ft h i sp a p e r 1 z 1 4r e s e a r c ho b j e c t i v e s 1 2 2t h ec o m p o s i t i o na n dp r i n c i p l eo ft h el o a d e rh y d r a u l i cs y s t e m 2 1t h ep r i n c i p l eo f t h el o a d e rh y d r a u l i cs y s t e m 1 3 2 2h y d r a u l i cs y s t e mo fw o r k i n gd e v i c e s 1 4 2 2 。1m u l t i p l ev a l v e 1 5 2 2 2h y d r a u l i cp u m p 19 2 2 3h y d r a u l i cc y l i n d e r 2 0 2 3s t e e r i n gh y d r a u l i cs y s t e m 2 0 2 3 1s t e e r i n gc y l i n d e r ”2 2 2 3 2s t e e r i n gg e a r ”2 2 2 3 3c o m b i n a t i o nv a l v ep i e c e 2 6 2 3 4p r i o r i t yv a l v e 2 8 2 4s u m m a r y 2 8 3s i m u l a t i o na n dm o d e l i n go fh y d r a u l i cs y s t e m 2 9 3 1i n t r o d u c t i o no f h y d r a u l i cs i m u l a t i o n 2 9 3 2m o d e l i n go fw o r k i n gd e v i c e s 2 9 3 2 1m o d e l i n go f w o r k i n gp u m p & e n g i n e 3 0 3 2 2m o d e l i n go f m u l t i p l ev a l v e 3l 3 2 3m o d e l i n go f h y d r a u l i cc y l i n d e r 3 6 3 2 4m o d e l i n go fh a n d l ec o n r o l 3 6 3 2 5m o d e l i n go fm u l t i b o d ys y s t e m 3 7 山东大学硕士学位论文 3 3s i m u l a t i o nr e s u l t 3 8 3 4s u m m a r y 4 3 4e x p e r i m e n ta n da n a l y s i so fh y d r a u l i cd y n a m i cp e r f o r m a n c e o o o o o e e e e o e e o e e o e e e e o o e e 4 4 4 1e x p e r i m e n tp u r p o s e s 4 5 4 2e x p e r i m e n tc o n d i t i o n s 4 5 4 3e x p e r i m e n te q u i p m e n t s 4 5 4 4e x p e r i m e mc o n t e n t s 4 5 4 5e x p e r i m e n tr e s u l t s 4 6 4 5 1i d l e & n o 1 0 a d e de x p e r i m e n to fw o r k i n gd e v i c e s 4 6 4 5 2m i d d l es p e e d & 1 1 0 1 0 a d e de x p e r i m e n to fw o r k i n gd e v i c e s 4 9 4 5 3i d l e & f u l l 1 0 a d e de x p e r i m e n to f w o r k i n g d e v i c e s 5 2 4 5 4m i d d l es p e e d & f u l l 1 0 a d e de x p e r i m e n to fw o r k i n gd e v i c e s 5 5 4 5 5a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a lr e s u l t 5 7 4 6e x p e r i m e n tc o m p a r e dw i t hs i m u l a t i o nr e s u l t 5 7 4 6 1c o m p a r i s i o nb e t w e e ne x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o nr e s u l to f a r mc y l i n d e r 5 8 4 6 2c o m p a r i s i o nb e t w e e ne x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o nr e s u l to fo fb u c k e t c y l i n d e r 5 9 4 7s u m m a r y 6 0 5c o n c l u s i o n sa n d e x p e c t a t i o n s 。”6 l 5 1c o n c l u s i o i l s 6 l 5 2e x p e c t a t i o n s 6 l r e f e r e n c e s a c k n o w l e d g e m e n t s 6 3 6 9 第1 章绪论 1 1 课题背景及意义 第1 章绪论 截止至u 2 0 0 9 年，据中国机械行业协会统计，中国工程机械行业销售额达3 1 0 0 亿元人民币，同比增长1 2 ，产量和销售额双双跃居全球第一，中国已成为世界工 程机械制造大国。随着经济和社会的发展，工程机械的需求数量与日剧增，装载 机是一种应用比较广泛的机型，可以完成多种工况作业，比如铲掘、装卸、运输 等。装载机的应用领域也非常广泛，在港口、建筑、铁路、矿山、木材加工等行 业它都在发挥着重要作用，对于国民经济的发展起到了重要的促进作用，因此装 载机的需求量和产量也在逐年递增【l 】。 我国装载机行业从1 9 6 6 年起步至0 2 0 1 0 年已走过了整整4 5 年历程，目前，我国 装载机行业企业总数约一百多家，其中的中国名牌企业分别有柳工、厦工、龙工、 临工、徐工、神钢成工、卡特山工，形成了比较良好的发展势头。 液压系统是装载机的核心部件之一，由于液压系统具有的诸多优点，如体积 小，易安装，功率密度大，可实现无级调速，响应快，可控制性强等。从液压系 统的组成来看，它不仅具有动力元件，执行元件，还有控制元件，以实现对整机 各种动作的控制。当然，液压系统同时也有其不足之处：液压系统工作效率低、 能耗大、受温度等外部因素影响比较大等等。因此，一旦液压系统出现故障将对 装载机的工作性能产生致命的影响，据统计，装载机的故障有4 0 都是由液压系统 故障引起的【2 】。因此，通过研究和分析装载机液压系统的动态性能，来提高装载机 整机的可靠性是非常必要的。 本课题拟利用仿真技术来对装载机整机液压系统进行仿真建模，得到整个液 压系统的在不同负荷情况下的压力流量特性，系统的动态性能以及控制策略等性 能参数。 将仿真技术应用于工程机械的液压系统的设计、分析和改进工作时，有助于 掌握该液压系统的动静态特性，发现系统中可能存在的弱项，大大缩短液压系统 山东大学硕七学位论文 或元件的设计周期，减少设计费用和成本，同时，利用仿真技术也可对机械电气 液压等复杂系统进行联合仿真，掌握机械、电气和液压等不同单元之间的耦合关 系，分析负载与负载之间的相互作用，以及作用件之间的相互影响，或掌握单个 元件子系统对整个液压系统动静态特性的影响，对于提高液压系统的作业效率和 实现装载机节能控制都有着重要的实际意义。 1 2 国内外的研究现状 1 2 1 仿真技术及其应用的现状 李兴华针对某全自动液压压砖机液压系统，采用a m e s i m 建模，建立压砖机压 制过程的数学模型，并对所搭建的模型仿真，得出系统压制部分活塞运动的速度 和液压缸压力的动态特性曲线，为全自动液压压砖机系统的设计和参数优化提供 了依据【3 1 。 穆希辉基于s i m h y d r a u l i e 工具包对全向侧面叉车的液压行走支路进行仿真， 直观地、全面地分析系统动态特性及其相关的影响因素，并结合实验数据分析了 仿真误差存在的原因，最后依据仿真结果查找出系统存在的问题，提出了改进建 议【4 】。 翟大勇通过对压路机开式振动液压系统原理分析，利用仿真软件a m e s i m 建 立了液压系统模型，并对液压系统的工作过程进行了动态仿真分析，得到压路机 起振和换向时的系统压力、流量变化情况，并分析了产生原因，对大吨位压路机 设计具有指导意义和参考价值【5 】。 张俊亮采用液压缸夹紧的柔性夹紧方式为管线提供夹紧力设计深水铺管张紧 器夹紧系统，确定液压系统各元件的参数。利用a m e s i m 仿真软件对液压缸在快 进、工进、保压、快退四个工作阶段的压力、流量、速度、同步性等参数进行仿 真分析，通过分析仿真结果进一步优化液压系统【6 】。 韩文东基于某薄煤层液压支架，建立起液压支架的三维实体模型，并利用 a d a m s 软件进行了虚拟样机模型的构建和相关参数的分析，获得了顶板压力及立 柱支撑力对顶梁位移的影响因素，并且认为基于虚拟样机技术的参数化分析具有 可行性m 。 2 第1 章绪论 王军利用空间机构学中d h 法和a d a m s 软件建立了挖掘机工作装置坐标系 及机械仿真模型。通过a d a m s v i e w 中对挖掘机虚拟样机系统的仿真分析，得到 了空载挖掘下动臂、铲斗和斗杆之间的速度、加速度关系，对挖掘机机械系统进 行运动学仿真并确定了挖掘机最大挖掘半径、最大挖掘深度和最大挖掘高度等最 大工作尺寸。根据对挖掘阻力的分析，对挖掘机铲斗挖掘时的受力状况进行仿真， 得到了各铰接点处的受力情况，为零件的强度分析提供了依据。运用虚拟样机技 术，基于多体系统动力学仿真方法，构建精确的分析模型，得到较为直观的结果， 可以直接用来指导设计【引。 郭勇采用a m e s i m 仿真软件建立一台小型液压挖掘机液压系统的数学模型；采 用a d a m s 仿真软件建立该小型液压挖掘机动力学模型；开发m a t l a b 为平台的多路 阀阀口过流面积计算程序；利用三者进行联合仿真分析，以多路阀为主要的研究对 象，掌握了多路阀的节流特性对整机工作性能特性的影响和该小型液压挖掘机工 作装置在空载条件下的压力、流量特性。该模型为多路阀阀芯的优化设计和挖掘 机性能提升提供了理论依据。这种方法对于挖掘机液压系统的改进也有一定的参 考价值 9 1 。 萼 惠纪庄在分析了液压钻井泵液压系统动态特性的基础上，利用a m e s i m 建立了 该系统的仿真模型，分析了钻井泵液压系统各种工作状态下的动态特性参数，确 定了相应的匹配参数，优化了系统和液压元件的设计过程，缩短了开发的周期， 降低了研发成本。应用a m e s i m 软件可以模拟实际模型，验证液压系统的动力学 特性，结果表明，a m e s i m 的仿真可以有效验证该系统的动态特性的主要技术参 数【10 1 。 胡均平以某液压打桩机液压锤的液压系统为研究对象，采用a m e s i m 仿真软 件对打桩锤工作过程中的动态特性进行研究和仿真。仿真分析结果表明该系统具 有自动连续打桩的功能，并且验证了系统主要技术参数均符合设计要求，并通过 分析插装阀启闭响应时间，实现系统在一定条件下的急停。通过所搭建的打桩锤 仿真模型，可以体现液压打桩锤的工作过程，可以有效反映各个系统参数和锤击 力之间的关系【l l 】。 郭勇在分析了潜孔钻机节能防卡钻推进液压系统的基础上，用功率键合图来 建模与仿真，保留了各种非线性因素的影响，提高了仿真的可靠性。同时结合 山东大学硕七学位论文 s u m u l i n k 建立了仿真模型。考虑了非线性因素对其动态响应结果，仿真结果基本可 以说明实际问题，为智能防卡钻控制系统设计提供了设计依据。但系统的其它因 素，如空穴现象、液动力和油隙等对推进系统动态特性的影响还有待于进一步研 究【1 2 1 。 郭勇在a m e s i m 中建立了液压挖掘机方向控制阀的模型及阀控动臂液压缸回 路的仿真模型，根据实际测试结果设置了模型中的主要参数，并采用实验的方式 对仿真模型进行验证，给出了试验和仿真曲线，并对仿真结果和试验结果进行了 分析和比较，证明建立的仿真模型的有效性【1 3 l 。 范思源建立了包含黏性阻力和泄漏等因素在内的液压破碎锤非线性模型。在 u g 环境下建立日本某型号锤芯三维立体模型，得出活塞质量和活塞与中缸体上各 信号口的相对位置关系。采用闭环控制，在重点突出活塞运动阶段性的基础上， 运用m a t l a b s i m u l i n k 对模型冲击能影响最大的冲程阶段进行了仿真，得出了工作油 压、活塞缸体配合间隙和冲击制动行程对冲击器冲击性能影响的一些结论，为产 品的设计和改进提供了参考【1 4 】。 梁永红分析和比较了液压打桩机的液压控制系统原理，建立了液压系统的数 学模型。通过对数学模型的分析，得出了活塞与锤的受力平衡关系式和简化液压 回路种的蓄能器的参数选取依据，此外，包括液压缸相关参数给出了形式化描述。 再利用m a t l a b 仿真软件进行数值仿真，绘出了相应的位移时间、速度时间和加 速度时间等曲线酬”】。 刘乐分析了滑移装载机工作装置的液压系统，重点分析了负载独立流量分配 ( l u d v ) 控制系统的流量调节原理以及流量分配原理。利用e a s y 5 软件对滑移装载 机工作装置液压系统进行了建模和仿真。并且判别其设计是否合理，有利于缩短 设计周期，减少设计的盲目性，确保试车时的安全性和稳定性。结果表明，合理 的液压元件设计参数能够提高系统的动态性能，这为开展装载机液压系统动态特 性的仿真研究提供了理论依据【1 6 1 。 王丹采用功率键合图法，建立了地下管线液压换管机回转液压系统的数学模 型；依据数学模型，运用动态仿真工具s i m u l i n k 建立液压系统的仿真模型。获得了 动力头在卸扣过程中液压马达的入口压力和输入流量随时间的变化曲线，方便了 对液压系统动态特征的分析，仿真结果展示了液压马达入口压力和输入流量随时 4 第1 章绪论 间的变化情况，为系统的动态特性分析提供了依据【1 7 】。 翟大勇以某压路机振动液压系统为例，基于功率键合图方块图方法及 s i m u l i n k 控制仿真软件，仿真的重点是考察与管路的脉动频率、波形衰减速度和压 力峰值等相关的因素，从而为实际的工程设计提供参考。该研究结果表明合理选 取液压系统管路的设计参数有助于改善系统的动态特性。该仿真为大吨位压路机 振动液压系统的设计提供理论依据【1 引。 采用辨识技术对液压挖掘机振动掘削系统进行研究是一个比较创新的思想。 在液压挖掘机振动掘削系统中，作者利用辨识技术搭建了铲斗土体单自由度仿真 模型并结合离散差分方程，提出了利用辨识建模理论在线获得土体参数研究思路。 基于m a t l a b 软件的相关辨识工具箱，对振动掘削系统的辨识模型进行了仿真和分 析，并得到仿真结果和曲线。通过仿真和分析表明，该辨识模型可以有效辨识出 系统参数，可为该型号挖掘机的提升和改进提供了理论依据【1 9 】。 w b o r u t z k y ，b 提出了一种通过统一建模语言m o d e l i c a 的方法的面向对象的 液压元件键合图模型描述方法。文中简要描述了一个正在不断完善中的图库，而 且也提供一些液压标准件的模型作为说明，如液压孔的建模【2 0 】。 w e n b i ns h a n g g u a n 研究了通过实验和仿真对通用液压发动支架的非线性特 性进行了研究。本文还用实验方法得到液压发动机架的静态和动态特性。研究了 分开的液压发动机架的两种配置( 一种有惯性轨道和解耦器，另一种只有惯性轨 道) 。研究了液压发动机架和橡胶弹簧在三个正交方向的静态刚度和液压发动机 架动刚度的激励振幅和频率的影响。通过对上述两种液压发动机架结构的测试结 果进行比较，分析了活动解耦器对液压发动机架动态特性的影响。在不同的激励 条件下，测量了液压发动机架上气室的流体压力和温度。本文发展了一个完全耦 合流固耦合( f s i ) 的和有限元分析( f e a ) 仿真模型，可用于仿真液压发动机架 在只考虑橡胶材料应变应力关系、流体物理参数和尺寸大小条件下的静态和动态 特性。该模型对液压发动机架的仿真结果与液压发动机架的实际工作状况是相一 致的【2 。 时培成以某小型挖掘机器人机一液复合系统建模为例，利用三维实体建模软 件p r o e 与仿真分析软件a d a m s 建立了挖掘机器人机械子系统、液压子系统模型， 并在a d a m s 环境中利用参数关联技术，将两个子系统模型集成，建立起挖掘机液 5 山东大学硕士学位论文 压与机械一体化的虚拟样机模型；在此基础上进行了大量的运动学和动力学仿真。 研究结果为物理样机的试制及其它型式机一液复合系统的设计和研究提供了很好 的参考。可以用于研究液压系统、机械系统参数改变对整机系统性能的影响及挖 掘机复合系统设计、系统优化和方案论证；加快挖掘机产品的开发速度，降低开发 成本，提高市场竞争力【2 2 1 。 敬奇锋基于工程机械传统动力系统和混合动力系统研究，采用 m a t l a b s i m u l i n k 软件对系统进行建模和仿真，并对二者的仿真结果进行了比较。 可以得出，混合动力系统相对于传统动力系统在燃油消耗率、工作效率、整机适 应能力、能源利用率、生产成本、故障率和机器使用寿命等方面有了明显的改进瞄】。 径向柱塞液压马达包含很多摩擦界面，其中一个重要摩擦区域是活塞和滚子 凸轮间的活塞装配和滑动轴承接触。为了能够预测这样的组件的摩擦学性能，建 立一个反映实际几何形状和性能的模型。p i s a k s s o n ，d 利用有限元软件建液压马 达活塞装配仿真模型，使得它能适用于复杂的几何的组件。该模型包括了活塞变 形。其流体力学问题是利用雷诺方程求解。密度压力和油的粘度等也包括在内。 将摩擦，流体压力和石油泄漏等仿真结果与试验结果进行对比。仿真和测试结果 非常接近，该模型在摩擦学系统优化和发展中是很有用的【2 4 1 。 m a s a y o s h im u r a k i 用往复摩擦计作为模拟器研究工程机械液压缸中钢件与玻 璃纤维增强尼龙之间的粘滑运动。粘滑运动评估方法，是在一定条件的试运转操 作下建立的。通过研究滑动速度，法向载荷和粘度的影响，滑移面在混合滑移状 态下产生，而摩擦改性剂对粘滑消除很有效。实验后对样本进行的表面观察和分 析表明，粘滑的主要原因是由于铁氧化物由钢表面转移到密封面造成的在静态摩 擦系数增加。随后，将液压油仿真实验结果和液压缸试验结果相比较【2 5 1 。 吕其惠对其工作装置电液位置控制系统进行研究，建立了该系统数学模型。 运用m a t l a b 软件进行仿真，仿真结果对控制系统的控制策略选择和控制器设计 具有参考价值【2 6 】。 1 2 2 工程机械领域的液压仿真与实验研究的现状 6 1 ) 转向系统 第1 苹绪论 陈伦军针对推土机转向液压系统液压缸无法复位的典型故障建立推土机转向 液压系统故障树模型，并在此基础上建立可靠性仿真框图，利用m a t l a b 计算推土 机转向液压系统的可靠性。通过计算结果对关键元件进行分析，提高推土机转向 液压系统的可靠性2 7 1 。 鲁力群利用s i m u l i n k 建立了铰接式自卸车液压转向系统的数学模型，并进行了 其动态特性的仿真研究。通过对比铰接式自卸车液压转向系统动态特性的不同影 响因素，获得了各因素对铰接式自卸车液压转向系统动态特性的影响规律。动态 仿真结果表明，弹性模数1 3e ( 该参数可以提高液压系统的有效体积) 和转向液压 缸的负载情况是影响铰接式自卸车转向系统的动态特性的主要因素1 2 s 。 2 ) 传动领域 郭占正通过对液压机械无级传动换档过程进行研究，建立了分汇流系统的数 学模型，并基于a m e s i m 软件平台构建了液压机械无级传动系统的仿真模型，在 m a t l a b s i m u l i n k 中建立了液压回路的仿真模型，通过接口设置进行联合仿真。通 过对仿真结果分析，研究了系统主要参数对换档过程的影响规律，针对换档过程 的主要影响因素，运用a m e s i m 的批处理功能研究各参数对换档过程的影响规律， 为换档策略的制定提供理论依据和参考，为提高换档的灵活性和制定换档策略提 供依据【2 9 】。 谢亚青研究和设计了某重型机器有限公司研制的智能振动压路机中的振幅无 级调节自动控制系统，能实现压路机振动轮振幅从, j , t u 大的无级调节。阐述了压 路机无级调幅液压伺服系统的基本原理，建立系统各组成环节的数学模型；利用 m a t l a b 对智能振动压路机无级调幅液压伺服系统进行了建模和仿真，得到b o d e 图及单位阶跃响应曲线，并分析了系统的各项性能对于振幅的影响。通过仿真来 评定系统的稳定性【3 0 l 。 郭晓林设计了一种新型的等比式液压机械无级变速器，对其无级调速特性进 行了分析。在m s c e a s y 5 中建立了液压机械无级传动系统的计算及仿真模型。提 出液压机械无级变速器的传动比控制策略。仿真研究结果表明，该设计方案能够 满足车辆动力性能所要求的技术指标。为液压机械无级变速器的工程应用提供了 重要的理论参考【3 1 1 。 7 山东大学硕十学位论文 3 ) 驱动领域 杨军宏设计了一种新颖的船舶运动模拟器及其液压驱动系统，利用a d a m s 和 m a t l a b s i m u l i n k 仿真软件建立了集机械、液压、控制于一体的虚拟仿真模型，可 以进行机械系统的运动学、动力学仿真分析，以及驱动液压系统的动态特性和控 制策略的分析，得到仿真结果。这种设计方法可以缩短液压产品的开发周期，降 低开发成本【3 2 】。 g u a n g f us u i l 研究了一个移动式起重机的动态计算的新方法。在此方法中，结 构灵活的多体结构模型将与驱动系统模型相耦合。在弹性变形过程中，结构的刚 体运动和驱动系统的动态行为，就可以通过这一混合模型得以确定。计算方法已 在液压移动式起重机上实现。除了结构单元外，液压驱动部分和控制系统的数学 模型也做了论述。本文还实现了在任意工况下的对起重机旋转运动的仿真。因此， 利用该模型不仅可以实现对起重机结构上的动态仿真，还可以实现对其驱动系统 的动态仿真【3 3 1 。 4 ) 节能领域 李云霞针对货叉下行过程负载势能浪费的状况，研究了电动叉车液压起升节 能系统，将电动叉车货叉下行过程中的负载势能回收并再利用，从而达到节能的 目的。在验证了电动叉车液压起升节能系统仿真模型的基础上，基于a m e s i m 对 电动叉车液压起升节能系统做了进一步的仿真研究。研究了蓄能器参数对节能系 统的影响，主回路液压泵马达的排量对节能系统的影响，以及蓄能器回路液压泵 马达对节能系统的影响，为合理地选择节能系统元件参数提供了理论依据，从而 能达到最佳的节能效果【蚓。 多功能液压挖掘机更换不同执行器时，所需压力、流量及功率有所不同，要 求泵输出参数与此相适应。吴万荣利用功率键合图法建立了多功能挖掘机的泵控 液压系统的数学模型，对动态特性进行了研究，实现了在不同作业工况下泵与负 载的功率匹配，达到了节能的目的，在工程实践中具有比较重要的理论意义和现 实意义。仿真结果表明，该泵控系统的控制器能够根据先期设定的工况自动修改 工作泵的设定参数，工作效率得到明显提高，达到了节能的效果【3 5 1 。 张彦廷通过挖掘机混合动力技术的研究，提出一个新的节能方案，即利用液 压马达回收液压执行元件的能量回收( 回油) 。通过液压挖掘机能回收的仿真模 8 第1 章绪论 j i _ 型的建立，对各执行元件的可回收能所占比重和系统的节能效果进行仿真计算。 利用液压挖掘机的液压马达进行能量回收，节能效果显著。总回收能量中所占比 例较大的是动臂油缸和斗杆油缸的回收能量，这是提高能量利用率的重点部件。 搭建混合动力液压马达能回收试验台，进行能回收过程中的能量转化效率和操控 性能的试验研究。试验研究表明，采用液压马达回收能量的挖掘机节能方案可获 得较好的可操控性，并能够取得良好的节能效果【3 6 1 。 5 ) 控制仿真 李东敬为研究和评价a b s 液压调节器性能，在分析调节器的工作原理的基础 上，基于m s c l e a s y 5 建立了包括液压调节器、制动主缸及制动轮缸的模型，并 建立了主要液压元件的数学模型，分析了制动液和控制阀结构因素对调节器动态 响应特性影响。并能够通过调整该液压系统的制动液温度和阀口截流面积等参数， 可以获得相应的系统动态响应结果。结果表明：e a s y 5 模块化的建模技术是一种针 对复杂液压系统建模和动态分析的有效方法，可为液压元件的动态特性分析与研 究以及液压系统各部件的优化设计与性能提升提供参考p 7 1 。 周宇通过对典型的液压挖掘机动臂的仿真，并结合p i d 控制策略，探索了提 高挖掘机控制精度及系统动态性能的途径与实现方法。通过a m e s i m 软件建立多 路阀回路的模型和动臂的液压系统的模型，实现对动臂操作的精确控制。通过与 实际工作过程的比较可知，a m e s i m 仿真能较好地模拟动臂在挖掘机实际工况负 载下的工作过程，这也为挖掘机动臂系统的设计提供了依据，而且，p i d 控制系数 在a m e s i m 仿真控制过程中得到优化【3 8 】。 王涛运用法国a m e