基于malab的静液压传动仿真分析

基于malab的静液压传动仿真分析

静液压传动系统静压动脉泵的结构紧凑，易于配置，实现无条件动力，近年来在平地机上得到了广泛应用。图1为采用静液压传动系统的平地机驱动系统动力传递示意图。静液压传动装置由变量泵、变量马达、液压管道和液压阀组成,由发动机产生的机械能以转矩Me和转速ωe通过输出轴、联轴器传递给变量泵的输入轴,由变量泵以一定的效率转化为液压油的压力能,液压油经由液压管道进入变量马达,推动马达转子旋转,液压油的压力能又转化为机械能,由变量马达轴输出到后桥,为驱动轮提供车辆行走所需的牵引力和速度。与其他传动系统一样,静液压传动系统各元件的合理匹配对发动机燃料经济性和动力性的充分发挥以及整机工作性能都有很大的影响,因此,对该系统进行匹配研究具有重要意义。文献研究了闭式传动系统的输出特性,对匹配方法没有进行深入研究;文献研究了液力传动系统中变矩器与发动机的匹配方法。本研究分析采用静液压传动的平地机,其发动机、变量泵、变量马达的输出特性以及匹配关系,并对分析结果进行了仿真计算,为该类车辆静液压传动系统的设计决策提供依据。1变量泵输出的流量与压力发动机-变量泵联合输出特性是指发动机在某一工作点工作(恒功率)时,变量泵输出的压力与流量之间的关系。由于发动机曲轴与变量泵驱动轴直接联接,发动机曲轴输出的转矩、转速和功率分别与泵的输入转速、转矩和功率相等。泵的输出流量可表示为:式中,Q———泵输出流量(m3/s)ωe———发动机转速(rad/s)qb———泵最大排量(m3/rad)ηbv———泵的容积效率泵的出口压力可表示为:式中,p———泵出口压力(Pa)Me———发动机曲轴转矩(Nm)ηbt———泵的机械效率由式(1)、(2)得式中,ηb———泵的总效率,ηb=ηbv·ηbt可见,变量泵输出的流量与压力的乘积就是变量泵的输出功率,它在数值上等于发动机功率与泵总效率的乘积。为了保证发动机以额定功率工作,只要使变量泵输出曲线为恒功率曲线即可。当车辆行驶阻力变大时,若马达排量不变,则液压系统压力增加,此时可根据系统压力大小改变变量泵排量,使式(3)的左边保持不变,也就使得式(3)的右边发动机输出功率保持在某一特定工作点,如图2中AA1段。2马达转速特性变量泵输出的液压能由变量马达吸收,重新转换为机械能。变换关系如下:可见,通过调节马达排量qm,马达输出特性曲线位置会在泵输出特性曲线基础上产生偏移,每个马达排量对应一条泵的输出特性曲线,以下为马达取不同排量数目时的输出特性曲线(为了分析方便,暂不考虑马达的低速特性及马达排量改变时对车辆速度的影响)。(1)马达固定排量时的输出特性如图3所示,由于变量泵排量的无级调节,输出特性曲线为一段无级变速曲线,适用于负荷波动范围较小的工况。(2)马达取两个排量时的输出特性如图4所示,由式(5),当马达为小排量qm2时,对应转速较高的一段曲线;当马达为大排量qm1时,对应转速较低的一段曲线。两段曲线的相对位置取决于泵与马达的排量比。(3)马达取多个排量时的输出特性如图5所示,由式(5),当马达为最小排量qm3时,对应转速最高的一段曲线;当马达为较大排量qm2时,对应转速较低的一段曲线;当马达为最大排量qm1时,对应转速最低的一段曲线。三段曲线的相对位置取决于泵与马达的排量比。(4)马达为无级排量时的输出特性如图6所示,马达各个排量连续变化,每个排量对应泵的一条无级变速曲线,各无级变速曲线相互重叠,形成一条在更大范围内的无级变速特性曲线。马达与泵的排量比越大,无级变速的范围就越大。3系统输出特性根据前面对静液压传动系统输出特性的分析过程可以看出,传动系统的模型比较复杂,人工分析和计算输出特性曲线工作量很大,本研究开发了基于MAT-LAB/Simulink软件的静液压传动系统输出特性分析程序,目的是提高传动系统开发设计的效率和计算的准确性,程序模型如图7所示。分析程序的功能:对任意给定的发动机油门开度、车辆加速踏板位置,可自动分析、计算牵引特性,并绘出对应的牵引特性曲线。2车辆牵引特性仿真结果某平地机发动机额定转速2200r/min、额定功率160kW、变量泵最大排量180mL/r、马达最大排量qm1=200mL/r、最小排量qm4=135mL/r、液压系统切断压力30MPa、后桥总传动比17.5,车辆牵引特性的仿真结果如图8所示。4根据工况变化压力,选择适宜的工况进行