扫路车机械液压复合传动装置特性AMESim仿真分析*

福建龙马环卫装备股份有限公司 黄秋芳

扫路车机械液压复合传动装置特性AMESim仿真分析*

福建龙马环卫装备股份有限公司 黄秋芳

该文介绍了一种扫路车机械液压复合传动装置的结构组成、工作原理，通过分析调速特性和计算液压功率分流比，运用AMESim软件对该装置传动特性进行仿真分析，为该类型扫路车机械液压复合传动装置设计提供理论基础。

复合传动 功率分流 AMESim

1　概述

随着我国经济的高速增长，全国城市建设进入了迅速发展时期，道路交通建设得到了极大的重视，一条条新规划大道纵横于城区之间，使以往交通拥挤的状况得到了明显改善。与此同时，社会各界对环境保护及市容市貌提出了更高的要求。为满足城市道路清扫保洁的需要，扫路作业专用车事业在我国发展迅速。目前，我国中高端环卫装备的关键配套件基本依靠进口，不但价格高，供货还不及时，“受制于人”。这是我国环卫装备发展中高端产品以及扩大出口的瓶颈。在行业内，传统的扫路车产品是使用双发动机配置，一台发动机用于驱动车辆行驶，另一台发动机用于驱动扫路作业装置，这种配置油耗高、排放高，占用扫路车辆的空间大，也会出现大马拉小车的现象。实践表明，在扫路车底盘上安装使用一种机械液压复合传动装置，使车辆既能经机械传动方式驱动快速行驶，又能以机械液压复合传动方式无级变速驱动行驶，最终实现节省零部件安装空间、结构简单、传动效率高、降低油耗、降低排放的目标。

2　扫路车机械液压复合传动系统构成

扫路车机械液压复合传动系统主要由机械功率流、液压功率流以及两自由度的行星轮系组成的功率分流机构组成。常见的机械液压复合传动系统可分为输入分流式和输出分流式两种基本形式。本文对一种输出分流式机械液压复合传动系统进行研究，其结构装置原理如图1所示，主要由液压部分、机械部分和功率分汇流机构（行星齿轮机构）等三部分组成。整个系统的输入是发动机传动轴，输入功率由发动机传动轴传递到行星轮系（包括太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架等），分为两部分传递出去：一部分经过内齿圈直接传递到输出轴；另一部分经过行星架、齿轮2、齿轮1、液压变量泵、液压马达、齿轮3、齿轮4传递到输出轴。这两部分功率最终在输出轴进行叠加，作为整个系统的输出。该系统综合了液压传动和机械传动的优点，因而具有较好的调速特性和较高的传动效率。图2是该复合传动装置结构图。

图1　外分流式液压-机械复合传动原理简图

图2　外分流式液压-机械复合装置结构图

从方案原理图的传动关系可以得出：

式中： ns为太阳轮转速； nr为齿圈转速； nh为行星架转速；β为当行星轮系的行星架固定，以太阳轮作为输入、内齿圈作为输出时行星轮系的转化轮系传动比；A=-（1+β）；i12为齿轮1到齿轮2的传动比；i34为齿轮3到齿轮4的传动比；e为变量泵与液压马达的排量比。式（3）为整个系统输出中液压部分输出所占的比例。

3　AMESim仿真分析

本文通过对机械液压复合传动系统特性理论进行分析并结合实际应用的工作情况，对系统参数进行了匹配，得出一组理论上较为合理的参数数据。为了进一步的研究与分析，采用AMESim软件进行动态仿真，分别对机械液压复合传动装置中的机械传动部分和闭式液压传动部分进行建模及整个系统的仿真分析。

仿真模型的建立主要依据上文所述原理进行，包括发动机、机械传动、液压传动和驱动负载等模块，各模块的工作模式与状态由控制器进行控制。在 AMESim 环境下，调用系统提供的液压库、机械库、传动库和信号库，建立如图 3所示的机械液压复合传动装置系统仿真模型。为取得良好的仿真效果，要根据理论分析选择合适的参数进行设置，如表 1所示。仿真环境为：介质密度830kg/m³，动力粘度5×10-2Pa·s，参考温度为 55℃。

图3　机械-液压复合传动系统AMESim仿真模型

表1　仿真参数设置

图4　行星轮系中太阳轮、齿圈、行星架转速曲线

图5　液压变量泵出口压力曲线

图6　液压马达入口压力曲线

图7　机械输出扭矩及总输出扭矩曲线

设置仿真时间为5s，由于具有液压闭式系统，整个响应速度约1s，稳定后液压闭式系统压力为146.7bar；太阳轮转速1800rpm；齿圈转速-997rpm（负号表示方向相反，下同）；行星架198rpm；机械输出扭矩197NM，总扭矩275NM，机械所占比例为72%。仿真结果验证了机械—液压复合传动装置传动比及液压功率分流比理论分析的准确性，由于该仿真系统仅采用开环控制，没有采用控制器进行协同闭环控制，使得系统在趋于稳定前的仿真参数结果波动较大。

4　结束语

采用结构简单、节能减排的单发动机配置取代双发动机配置是扫路车产品技术发展的必然趋势，本文介绍了一种扫路车用输出分流式机械液压复合传动装置，通过对该装置调速特性的分析，给出了该装置传动比及液压功率分流比的计算公式，运用AMESim软件对其特性进行仿真分析，进一步验证了理论分析的准确性，为该机械液压复合传动装置后续研究提供理论依据。

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*注：福建省区域重大项目（项目编号：2010H4024） 。