装载机工作装置液压系统动态性能建模与能耗分析

摘要

装载机作为工程机械销量最大的机种。随着用户要求的提高及液压技术的进步，对装载机的质量、高效、节能等方面都提出了很高的要求，传统的装载机产品研发成本高、周期长。本论文以装载机工作装置为研究对象，基于simulationX仿真软件，建立了工作装置液压系统的液压和机械机构仿真模型，在实验的基础上验证了仿真模型的正确性。
　　 本文在装载机液压系统的基础上，分析了泵、多路阀、液压缸等组成元件的结构，并分析了油液流通方式。分别建立了泵、溢流阀、油缸的压力流量方程，并使用MATLAB对换向阀的过流面积和水力直径进行了计算。在simulationX中搭建了各液压元件的模型，并在模型中输入泵、溢流阀等的特性参数，将CATIA模型中的反转六连杆机构导入到simulationX中，并设置其坐标系及其空间坐标位置。在元件模型的基础上连接搭建整个工作装置液压系统的仿真模型，并设定仿真环境和元件参数的初始值，运行仿真。
　　 对典型工况下工作装置进行实验，并对工作装置中速空载工况下的特性进行了详细分析。将仿真环境设定为实验环境，仿真时间和换向阀的控制信号与实验中保持一致，运行仿真，并将仿真结果与实验结果对比，实验结果与仿真结果的差距在允许的范围内，对比结果表明装载机工作装置液压系统的模型是正确的。因为液压系统性能的影响因素很多，液压元件和流体之间的作用关系是不可视的，所以才要通过测试曲线来了解液压系统内部的状态，但是实验既需要实验设备有时还需要特定的实验元件，既浪费时间又浪费费用。有了正确的仿真模型，就可以在软件的基础上对装载机工作装置先进行仿真分析查看可行性。
　　 在仿真模型中对工作装置中速空载工况下的能量损耗进行了分析计算，通过泵的功率曲线，计算得到了泵的耗能，仿真结果表明，整个工作循环中高压溢流损失为37.5％，是整个工作循环中最主要的能量损失形式。论文还对一些常用的节能系统的节能状况进行了仿真验证。
　　 本课题建成了装载机工作装置液压系统和机械机构的仿真模型，并通过实验验证了模型的正确性，通过曲线图分析了系统的能耗情况，并且搭建了节能系统的模型。所建立的整个工作装置的模型可用于对工作装置的虚拟实验分析，降低实验的复杂程度，并且对产品的改进、节能及其创新研发等都具有重要的实用意义。