装载机工作装置泵控液压系统的建模与仿真

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装载机是一种广泛应用于矿山、公路、铁路、建筑、水利等领域的工程机械,主要用于对松散物料的铲装和短距离运输,也可对矿石、硬土等作轻度铲挖,其主要工作装置是铲斗。装载机的特点是机动性好、作业速度快、工作效率高、操作方便,因此它在工程建设中得到了普遍的使用。一般装载机的液压系统为阀控系统,即通过各种控制阀来实现流量、压力和方向的控制。阀控系统存在较大的节流损失,发动机输出功率只有35%左右变为装载机的有效功,约40%损失于液压元件,其余能量损失于节流调速及控制车体和作业装置的运动,能量利用率低。工作过程中还会产生大量热量,附加的冷却装置进一步增大了装机功率。阀控系统为开式回路,存在油液使用量大,易产生废油的情况,造成环境污染问题。随着全球范围的节能降耗趋势以及人们节能意识的增强,有效利用能源已成为液压领域的重要研究课题之一,如何提高工程机械的能效,节能减排,成为工程机械厂家关注的一个焦点,节能型工程机械也越来越得到广大消费者青睐,节能型装载机逐渐成为了发展的方向和趋势。如何进一步降低装载机能耗、提高能量利用率是本论文的出发点及着眼点。为了从根本上解决阀控系统存在的问题,最有效的方法是采用无节流损失的泵控技术。泵控系统是近年来兴起的一种新型的负载敏感液压系统。不同于阀控系统,泵控系统主要控制方式是通过减少阀的使用,把流量调节的主要任务通过泵来实现,通过控制泵的斜盘倾角或泵的转速,使流量满足系统要求。这样不仅大大减少了节流、溢流损失,而且回路设计简单、可靠性高,节能作用明显。本课题的目的就是对装载机泵控液压系统进行研究,提高装载机系统效率,达到节约能源的目的。同时,本课题采用了联合仿真的方法,即采用动力学仿真软件ADAMS和液压仿真软件AMESim进行联合仿真,改变了过去研究方式单一的不足,能够完全模拟系统的真实工况,使得数据能够在两个软件之间的接口实时传递,得出在不同时刻、不同工况下的驱动力和载荷之间的真实关系。这样得到的结果更有真实性及时效性。论文以ZL50装载机工作装置液压系统为研究对象,以泵控系统为研究方式,以提高效率为目标,从理论分析和联合仿真两个方面展开研究,主要工作如下:1、对装载机能耗情况进行了简要阐述,重点分析了阀控液压系统和泵控液压系统各自的优缺点,对泵控液压系统进行深入的介绍。2、介绍了两种新型的配流原理,完成串联型轴向柱塞泵的Pro/E建模。确定系统液压元件,在AMESim软件中进行泵的建模及工作装置泵控液压系统的设计。3、对装载机的工作装置的工作原理进行阐述,建立工作装置Pro/E模型。4、对装载机的工作装置进行动力学建模。将装载机Pro/E模型通过接口模块传递到ADAMS软件中,完成动力学建模,同时在ADAMS模型中对装载机进行约束及外载荷的添加。5、使用ADAMS和AMESim软件进行联合仿真,并对其动态性能及节能效果进行分析研究。6、总结本课题的研究成果,提出改进措施,对泵控液压系统装载机节能前景提出展望。
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