运用ADAMS和AMESim联合仿真的LUDV液压系统动态特性分析

阀芯直径 为 8mm、 阀 杆 直 径 为 4mm、 阀芯质量为 0. 025kg、 弹簧刚度为 50N / mm、 阀芯位移为 2mm、 弹簧 设定压力为 35MPa。 因本系统涉及到的参数很多， 此处列举了其主要 部分， 其他参数在默认证仿真模型
通过对测试压力曲线和仿真压力曲线的对比可 知该仿真模型具有较高的精确度， 从而验证了模型的 正确性。
随着国民经济的快速发展， 液压挖掘机在各种工 特别是基础设施建设中所起的作用越来 程建设领域， 越明显， 液压挖掘机作为一类快速、 高效的施工机械 愈来愈被人们所认识
［ 1］
技术的发展为液压系统动态特性的研究开辟了新途径， 数字仿真法便是利用计算机技术研究液压系统动态特 性的一种新方法； 随着微型计算机的普及与性能的不断 提高， 人们通过开发通用的建模与仿真软件进行模拟仿 真， 可大大缩短仿真研究工作周期， 提高工作效率。 本文以湖南山河智能机械股份有限公司生产的 SWE90U 液 压 挖 掘 机 为 研 究 对 象， 利 用 ADAMS 和 AMESim 软件来建立液压挖掘机 LUDV 液压系统的仿 真模型并对其进行联合仿真。 这种仿真方法综合了 ADAMS 在动力学领域的仿真优势和 AMESim 在液压 系统仿真的优势， 能更加准确地对挖掘机 LUDV 液压 系统动态特性进行研究。
现代制造工程 2010 年第 7 期 LUDV 液压系统负荷传感控 通过以上分析可知， 制的变量液压泵的供油压力 P S 始终高出最大负载压 力 P LS 一个较小压差 ΔP ， 改变换向阀的阀芯开度， 泵能 而与 自动调节并输出与负载速度要求相适应的流量， 负载大小无关。
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2. 1
联合仿真模型的建立
槡
决定； w 为换向阀节流口的面积梯度； A 为过流面积； ρ 为油液密度； 液压挖掘机正常工作中 （ 液压系统不饱 和时） ， ΔP 的设定值为一常数。
现代制造工程 2010 年第 7 期
CAD / CAE / CAPP / CAM 段： 铲斗联内收、 铲斗达到最大行程溢流、 铲斗联外 摆、 铲斗达到最小行程溢流。 对应于这四个阶段的测 试压力和仿真压力， 数据分析如表 1 、 表 2 所示。
经实测得到铲斗联单动作时的内收、 外摆先导压 力和铲斗液压缸大、 小腔压力， 如图 4 所示。
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铲斗 LUDV 液压系统的动态分析
将实测的内收、 外摆先导压力作用在主控制阀两 ， 端进行联合仿真 分别改变变量液压缸旁路阻尼、 变 量液压缸敏感腔作用面积和油液弹性模量来进行铲 斗 LUDV 液压系统的动态特性分析。 4. 1 改变变量液压缸旁路阻尼 变量液压缸两边各设有一个阻尼孔， 对进入变量 液压缸的泵口液压油起缓冲作用。 给出不同阻尼孔
［ 4， 5］
图2
液压挖掘机的动力学仿真模型
2. 2
液压挖掘机 LUDV 液压系统模型的建立 湖南山河智能机械股份有限公司生产的 SWE90U
液压挖掘机采用的是力士乐公司研发的 LUDV 液压 系统。该系统由一个带压力切断、 恒功率控制和负载 敏感控制的 A11VO75 主泵供油， 采用内部带有压力补 ［ 7］ 偿阀的 SX14 型号主控制阀来控制油路 。 由于铲斗、 斗杆和动臂的液压回路原理相同， 在 此仅对铲斗联单动作进行仿真研究 。 用 ADAMS 软件中的 Control 模块生成 ADAMS 与 AMESim 的联合仿真模块， 在 AMESim 软件的草图模 式下将联合仿真模块调入， 从而在 AMESim 环境中建 立能进行联合仿真的铲斗联的 LUDV 液压系统仿真 模型， 如图 3 所示。 所用到的主要参数： 发动机转速为 2205r / min、 泵 排量为 0. 075L / r、 仿真时间为 6. 62s、 控制油管的管径 为 8mm、 壁厚为 5mm、 吸油管的管径为 62mm、 压力 油管的管径为 12. 7mm、 壁厚为 5. 95mm、 回油管的管 径为 32mm、 壁厚为 20mm。 负载敏感调节阀的主要 参数： 阀芯直径为 6. 98mm、 阀杆直径为 4. 55mm、 阀芯质量为 0. 009kg、 弹簧刚度为 8N / mm、 阀芯位移为 1mm 、 弹簧设定压力为2MPa ； 压力切断阀的主要参数 ： 31
Dynamic characteristics analysis of LUDV hydraulic system based on the cosimulation of ADAMS and AMESim
GUO Yong， PENG Yong， GUO Xinhua， ZHAO Yuming （ College of ElectroMechanical Engineering， Central South University， Changsha 410083 ， China）
。 然而液压挖掘机的动作复
杂， 主要机构经常启动、 制动和换向， 负载变化大， 冲 击和振动频繁， 而采用负载独立流量分配 （ LUDV ） 液 压系统的挖掘机因装有负载敏感反馈油路， 液压系统 故要求液压挖掘机 LUDV 液压系统 稳定性相对更低， 应该具有较好的动态特性。 截至目前， 研究液压系统动态特性的主要方法有 传递函数分析法、 实验研究法、 模拟仿真法和数字仿 真法等
图4 铲斗联单动作压力测试曲线
1. 内收先导压力 2. 外摆先导压力 3. 铲斗液压缸大腔压力 4. 铲斗液压缸小腔压力
Abstract： The ADAMS software and the AMESim software are used to establish a joint simulation model of Load Independent Flow Distribution（ LUDV） hydraulic system， which has verified by experimenting． The dynamic characteristics of the hydraulic system is analysed based on the verified model， and a conclusion that the appropriate increase of variable hydraulic cylinder bypass damping， the appropriate decrease of variable hydraulic cylinder sensitive cavity's area and the appropriate increase of elastic modulus of hydraulic oil can effectively improve the dynamic characteristics of the hydraulic system and make the system more stable has been found． Key words： cosimulation； LUDV； dynamic characteristics analysis
液压挖掘机动力学模型的建立 利用美国参数技术公司研发的 Pro / E 软件画出液
压挖掘机的三维实体图， 并将其导入到 ADAMS 环境 中， 然后在 ADAMS 中进行环境设置、 添加约束、 添加 作用力和模型校验， 最终在 ADAMS / View 环境下建成 ［ 6， 7］ 。 液压挖掘机的动力学仿真模型， 如图 2 所示
［ 2， 3］
。传递函数分析法是基于经典控制理论的
一种研究法， 通常只局限于线性系统； 运用实验研究 方法分析液压系统的动态特性也曾是一种行之有效 的研究手段， 但是用这种方法分析周期长、 费用大， 且 不具有通用性； 近年来， 控制理论研究的进步及计算机 30
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LUDV 液压系统组成
LUDV 液压系统负荷传感控制是一种广泛应用于
图1
LUDV 液压系统负荷传感控制原理
LUDV 液压系统的压力 与传统的压力补偿不同， 补偿阀被安排在换向阀（ 多路控制阀 ） 节流口的后面， 对换向阀口的前后压差进行调节， 压力补偿阀的控制 压力不一定是该回路的负载压力， 而是整个工作装置 液压系统的最大负载压力 P LS ， 最大负载压力的大小 而负载敏感调节阀根 通过换向阀的负载敏感口检测， 据最大负载压力对变量液压泵的出口 （ 供油 ） 压力 P S 。在图 1 中， 液压系统的最大负载压力 通过梭阀同时作用在两个压力补偿阀上， 两个换向阀 进行调节 P' V1 和 P V2 、 P' V2 ， 口前后的压力分别为 P V1 、 负载敏感调 节阀的弹簧压力为 P SP （ 即设定的 ΔP 值 ） 。 由压力补 偿阀及负载敏感调节阀的平衡关系 ， 可得： P S = P V1 = P V2 = P LS + P SP …………………… （ 1 ） P' V1 = P V1 － ΔP = P LS ………………………… （ 2 ） P' V2 = P V2 － ΔP = P LS ………………………… （ 3 ） 由式（ 1 ） 、 式（ 2 ） 、 式（ 3 ） 得： ΔP1 = ΔP2 = P SP = ΔP ……………………… （ 4 ） 故经过各个联的阀口的流量 Q 为： 2 ΔP …………………………… （ 5 ） ρ 式中： ΔP1 为第一联阀口压差； ΔP2 为第二联阀口压 差； C d 为流量系数， 其大小由各联阀口的形状和尺寸 Q = C d wA
现代制造工程 2010 年第 7 期
CAD / CAE / CAPP / CAM
运用 ADAMS 和 AMESim 联合仿真的 LUDV 液压系统动态特性分析
郭勇， 彭勇， 过新华， 赵喻明 （ 中南大学机电工程学院， 长沙 410083 ）
LUDV ） 液压系统的联 摘要： 运用 ADAMS 和 AMESim 软件建立了负载独立流量分配（ Load Independent Flow Distribution， 合仿真模型， 通过实验验证了模型的准确性； 基于该模型分析了 LUDV 液压系统的动态特性， 得出适当地增大变量液压 缸的旁路阻尼孔孔径、 减小变量液压缸敏感腔作用面积和增大液压油液的弹性模量能有效地提高 LUDV 液压系统的动 使 LUDV 液压系统变得更加稳定 。 态特性， 关键词： 联合仿真； 负载独立流量分配； 动态特性分析 中图分类号： TH137 文献标识码： A 文章编号： 1671 —3133 （ 2010 ） 07 —0030 —05