福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 黃秋芳

掃路車機械液壓復合傳動裝置特性AMESim仿真分析*

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 黃秋芳

該文介紹了一種掃路車機械液壓復合傳動裝置的結構組成、工作原理，通過分析調(diào)速特性和計算液壓功率分流比，運用AMESim軟件對該裝置傳動特性進行仿真分析，為該類型掃路車機械液壓復合傳動裝置設計提供理論基礎。

復合傳動 功率分流 AMESim

1　概述

隨著我國經(jīng)濟的高速增長，全國城市建設進入了迅速發(fā)展時期，道路交通建設得到了極大的重視，一條條新規(guī)劃大道縱橫于城區(qū)之間，使以往交通擁擠的狀況得到了明顯改善。與此同時，社會各界對環(huán)境保護及市容市貌提出了更高的要求。為滿足城市道路清掃保潔的需要，掃路作業(yè)專用車事業(yè)在我國發(fā)展迅速。目前，我國中高端環(huán)衛(wèi)裝備的關鍵配套件基本依靠進口，不但價格高，供貨還不及時，“受制于人”。這是我國環(huán)衛(wèi)裝備發(fā)展中高端產(chǎn)品以及擴大出口的瓶頸。在行業(yè)內(nèi)，傳統(tǒng)的掃路車產(chǎn)品是使用雙發(fā)動機配置，一臺發(fā)動機用于驅(qū)動車輛行駛，另一臺發(fā)動機用于驅(qū)動掃路作業(yè)裝置，這種配置油耗高、排放高，占用掃路車輛的空間大，也會出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象。實踐表明，在掃路車底盤上安裝使用一種機械液壓復合傳動裝置，使車輛既能經(jīng)機械傳動方式驅(qū)動快速行駛，又能以機械液壓復合傳動方式無級變速驅(qū)動行駛，最終實現(xiàn)節(jié)省零部件安裝空間、結構簡單、傳動效率高、降低油耗、降低排放的目標。

2　掃路車機械液壓復合傳動系統(tǒng)構成

掃路車機械液壓復合傳動系統(tǒng)主要由機械功率流、液壓功率流以及兩自由度的行星輪系組成的功率分流機構組成。常見的機械液壓復合傳動系統(tǒng)可分為輸入分流式和輸出分流式兩種基本形式。本文對一種輸出分流式機械液壓復合傳動系統(tǒng)進行研究，其結構裝置原理如圖1所示，主要由液壓部分、機械部分和功率分匯流機構（行星齒輪機構）等三部分組成。整個系統(tǒng)的輸入是發(fā)動機傳動軸，輸入功率由發(fā)動機傳動軸傳遞到行星輪系（包括太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈和行星架等），分為兩部分傳遞出去：一部分經(jīng)過內(nèi)齒圈直接傳遞到輸出軸；另一部分經(jīng)過行星架、齒輪2、齒輪1、液壓變量泵、液壓馬達、齒輪3、齒輪4傳遞到輸出軸。這兩部分功率最終在輸出軸進行疊加，作為整個系統(tǒng)的輸出。該系統(tǒng)綜合了液壓傳動和機械傳動的優(yōu)點，因而具有較好的調(diào)速特性和較高的傳動效率。圖2是該復合傳動裝置結構圖。

圖1　外分流式液壓-機械復合傳動原理簡圖

圖2　外分流式液壓-機械復合裝置結構圖

從方案原理圖的傳動關系可以得出：

式中： ns為太陽輪轉(zhuǎn)速； nr為齒圈轉(zhuǎn)速； nh為行星架轉(zhuǎn)速；β為當行星輪系的行星架固定，以太陽輪作為輸入、內(nèi)齒圈作為輸出時行星輪系的轉(zhuǎn)化輪系傳動比；A=-（1+β）；i12為齒輪1到齒輪2的傳動比；i34為齒輪3到齒輪4的傳動比；e為變量泵與液壓馬達的排量比。式（3）為整個系統(tǒng)輸出中液壓部分輸出所占的比例。

3　AMESim仿真分析

本文通過對機械液壓復合傳動系統(tǒng)特性理論進行分析并結合實際應用的工作情況，對系統(tǒng)參數(shù)進行了匹配，得出一組理論上較為合理的參數(shù)數(shù)據(jù)。為了進一步的研究與分析，采用AMESim軟件進行動態(tài)仿真，分別對機械液壓復合傳動裝置中的機械傳動部分和閉式液壓傳動部分進行建模及整個系統(tǒng)的仿真分析。

仿真模型的建立主要依據(jù)上文所述原理進行，包括發(fā)動機、機械傳動、液壓傳動和驅(qū)動負載等模塊，各模塊的工作模式與狀態(tài)由控制器進行控制。在 AMESim 環(huán)境下，調(diào)用系統(tǒng)提供的液壓庫、機械庫、傳動庫和信號庫，建立如圖 3所示的機械液壓復合傳動裝置系統(tǒng)仿真模型。為取得良好的仿真效果，要根據(jù)理論分析選擇合適的參數(shù)進行設置，如表 1所示。仿真環(huán)境為：介質(zhì)密度830kg/m3，動力粘度5×10-2Pa·s，參考溫度為 55℃。

圖3　機械-液壓復合傳動系統(tǒng)AMESim仿真模型

表1　仿真參數(shù)設置

圖4　行星輪系中太陽輪、齒圈、行星架轉(zhuǎn)速曲線

圖5　液壓變量泵出口壓力曲線

圖6　液壓馬達入口壓力曲線

圖7　機械輸出扭矩及總輸出扭矩曲線

設置仿真時間為5s，由于具有液壓閉式系統(tǒng)，整個響應速度約1s，穩(wěn)定后液壓閉式系統(tǒng)壓力為146.7bar；太陽輪轉(zhuǎn)速1800rpm；齒圈轉(zhuǎn)速-997rpm（負號表示方向相反，下同）；行星架198rpm；機械輸出扭矩197NM，總扭矩275NM，機械所占比例為72%。仿真結果驗證了機械—液壓復合傳動裝置傳動比及液壓功率分流比理論分析的準確性，由于該仿真系統(tǒng)僅采用開環(huán)控制，沒有采用控制器進行協(xié)同閉環(huán)控制，使得系統(tǒng)在趨于穩(wěn)定前的仿真參數(shù)結果波動較大。

4　結束語

采用結構簡單、節(jié)能減排的單發(fā)動機配置取代雙發(fā)動機配置是掃路車產(chǎn)品技術發(fā)展的必然趨勢，本文介紹了一種掃路車用輸出分流式機械液壓復合傳動裝置，通過對該裝置調(diào)速特性的分析，給出了該裝置傳動比及液壓功率分流比的計算公式，運用AMESim軟件對其特性進行仿真分析，進一步驗證了理論分析的準確性，為該機械液壓復合傳動裝置后續(xù)研究提供理論依據(jù)。

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*注：福建省區(qū)域重大項目（項目編號：2010H4024） 。