AMESim在摊铺机找平液压系统的应用

张步坤，胡代群

ZHANG Bu-kun, HU Dai-qun

（三一路面机械有限公司，湖南 长沙 410100）

阻尼孔调节系统响应广泛应用于工程机械液压系统中，它的动、静态特性受元件参数的设定等多种因素的影响，当参数调整不当时，往往无法达到需要的响应要求，甚至会影响到整个液压系统的稳定性，因此在液压系统回路设计和分析中，有必要用计算机仿真进行分析和判断，传统的仿真分析方法，如键合图分析法需要设定者利用液压系统的数学模型构建一个动态系统，求解繁琐的系统方程，然后在这个系统上进行仿真。这些方法要求设计者具有相当的经验和技巧，模型的建立需要花费大量的人力和时间，而且进行参数调节比较困难。

AMESim作为一种图形化建模软件，能更直观的反映液压元件，所含液压系统的模型库中集成了大多数标准液压元件的仿真子模型，最大程度的避免了仿真者自行设计数学模型，同时对于系统中的特定元件模型，可根据其物理结构，使用液压元件设计库里面的最小模型单元搭建完成。在参数调整方面也比较方便，便于对系统的动态特性进行分析。

本文以摊铺机找平液压控制系统回路为例，利用AMESim建立仿真模型，对其动态特性进行计算机仿真分析。

1 找平系统模型

找平系统作为摊铺机的重要组成部分，对路面施工平整度起决定作用。找平油缸升降速度直接影响机器找平系统性能，速度太慢将会直接导致找平系统响应较低，找平延迟；速度太快可能造成找平系统出现超调现象，因而合理选择找平控制油缸升降速度，是保证找平系统获得最佳性能的关键因素之一。

图1为摊铺机找平系统液压原理图。油泵6作为油源提供液压能，溢流阀7调定系统的压力值，起到系统分流和安全作用，电磁换向阀5控制油缸伸缩，液压锁4确保油缸处于设定位置，采用阻尼孔2、3调节找平油缸1的响应速度。

图1 找平系统液压原理图

系统可通过调整不同规格阻尼孔调节找平油缸速度，在工作过程，若是阻尼孔两侧压降较大时，溢流阀7起到分流液压油作用，阻尼孔径取值对整个系统起到关键作用。

2 建模及参数设置

利用AMESIM动态仿真软件中的HCD液压元件设计库对找平液压系统进行回路建模。找平系统执行机构由活塞和弹簧组成，为了使仿真效果更接近实际，活塞运行产生的摩擦力需要考虑。找平运动中，大臂仰角变化，对找平油缸作用力也不一致，结合实际工况，建模设置其与油缸位移量成函数关系。油缸进出油口安装阻尼孔装置起到调节油缸运动速度。电磁换向阀采用信号源进行信号输入，图2为找平系统仿真模型。

图2 找平系统仿真图

采用AMESim对液压系统仿真时，不仅只是合理选择元件搭建正确的动态仿真模型，合理地设置关键参数也是十分重要的，针对以上仿真模型根据实际的物理尺寸输入参数，关键参数如下。

泵输出流量(L/min) 30

溢流压力（bar) 120

液压锁阀芯直径（mm) 10

液压锁阀杆直径（mm) 5

弹簧刚度（N/m) 50

弹簧初始压力（N) 20

油缸活塞质量（kg) 3

活塞总行程（mm) 400

油缸活塞直径（mm) 630

油缸活塞杆直径（mm) 320

3 动态仿真曲线分析

图3为电磁换向阀的信号变化曲线，图4是阻尼孔直径分别为∅0.4、∅0.6、∅0.8、∅1.0mm时活塞位移动态曲线，图5是阻尼孔直径分别为∅0.4、∅0.6、∅0.8、∅1.0mm时活塞运动速度动态曲线。

图3 找平系统电磁阀控制信号

图4 找平油缸活塞位移变化曲线

图5 找平油缸活塞速度曲线

根据仿真结果，整个运行行程中，找平油缸完全伸出与缩回速度变化如表1所示。

表1 油缸速度与阻尼孔径关系

从以上曲线可以看出阻尼孔直径改变会引起油缸运行速度变化，曲线表面阻尼孔越大运动速度越慢，为了确保摊铺机作业良好的速度与精度，因此要求时间不能太短也不能太长，所以必须合理设计阻尼孔直径尺寸，参照国内外先进摊铺机找平油缸升降速度，摊铺机找平油缸升降速度在18～24mm/s较为合理。根据仿真结果阻尼孔直径均为0.8mm时缩回速度偏慢，而阻尼孔直径均为1.0mm时，伸出速度偏快，因此我们选择阻尼孔直径介于∅0.8～∅1.0mm之间以满足伸缩要求。此时，对阻尼孔参数再进行优化，我们可以选择阻尼孔a直径为∅0.9mm，此时，对阻尼孔b设置参数进行仿真，曲线分别为∅0.8、∅0.9、∅1.0mm结果如图6～9所示。

根据仿真结果，整个运动行程中，找平油缸完全伸出与缩回速度变化如表2所示。

表2 油缸速度与阻尼孔径关系

图6 找平油缸活塞缩回位移变化曲线

图7 找平油缸活塞伸出位移变化曲线

图8 找平油缸活塞缩回速度曲线

图9 找平油缸活塞伸出速度曲线

根据仿真结果阻尼孔a直径为0.9mm时，阻尼孔b直径在0.8mm时，缩回速度稍微处于最优范围外，而b孔径0.9mm、1.0mm均能满足要求，考虑元件设计的标准化与通用化，阻尼孔径0.9mm为最佳选择。因此选择0.9mm的阻尼孔作为最终设计值，既保证了摊铺机找平作业的速度与精度，又确保了元件的通用性。

4 结 论

本文基于AMESim对摊铺机找平液压回路进行了动态仿真研究，利用软件中的液压元件库构建了找平油缸活塞组件和带阻尼孔的模型，通过改变不同阻尼孔径进行仿真研究，可以很直观的看到阻尼孔直径变化对找平动作的影响，得出不同的速度效果。结合找平作业实际工况，确定0.9mm的阻尼孔作为最终合理设计，利用AMESim仿真对液压回路的性能分析和优化设计提供了理论依据。