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淺析非公路自卸汽車全液壓式舉升機構的建模與仿真論文
自卸車中使用的舉升液壓系統(tǒng)通常分為液壓助力式和全液壓式兩種。首鋼汽車制造廠生產(chǎn)的SGA3550 型非公路自卸式汽車是由北京科技大學研制開發(fā)的擁有獨立知識產(chǎn)權的產(chǎn)品，采用的是技術成熟、作用力大、系統(tǒng)剛性好的全液壓式舉升系統(tǒng)，整車長7 578 mm，寬3 890 mm，高3 570 mm，前輪距3 100 mm，后輪距2 550 mm，軸距3 650 mm，主銷中心距2 100 mm，滿載爬坡度15%，接近角20°，離去角48°，最小轉彎半徑<9 m，本文利用ADAMS軟件對該車的全液壓舉升機構進行建模與仿真。
1 SGA3550 型自卸車全液壓舉升系統(tǒng)組成
SGA3550 型自卸車舉升系統(tǒng)主要由舉升缸、節(jié)流閥、單向閥、電液換向閥、溢流閥、舉升泵、油箱及各管路組成。舉升泵采用“常嚙合取力器+齒輪泵”型式，通過取力器從變速箱上取力，采用4 級伸縮末級雙作用液壓缸作為執(zhí)行元件，用一個三位四通電液換向閥來控制貨廂的舉升和回落，有桿腔回油路上使用可調(diào)單向節(jié)流閥，控制舉升的速度。系統(tǒng)流量245.4L/min，舉升缸實際工作中最大工作壓力為12.7MPa。
2 舉升系統(tǒng)機械結構仿真模型
為了簡化模型加快設計進度，本設計利用ADAMS 軟件對SGA3550 型自卸車舉升機構建立仿真模型。
3 舉升液壓系統(tǒng)的設計
3.1 舉升液壓系統(tǒng)的設計流程
國內(nèi)對于礦用自卸汽車液壓舉升系統(tǒng)的設計，基本上采用的是傳統(tǒng)的經(jīng)驗性設計，即分別對舉升機構和舉升液壓系統(tǒng)進行設計，二者再通過舉升液壓缸最大舉升力和舉升液壓系統(tǒng)最高油壓來相互協(xié)調(diào)，而對貨箱舉升回落過程中，機械系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)間的相互作用則不予考慮，這樣就無法了解舉升過程中，機械和液壓系統(tǒng)的真實情況。
作者根據(jù)設計經(jīng)驗，提出自卸汽車舉升液壓系統(tǒng)的一般設計流程：首先確定最大舉升力和系統(tǒng)壓力，計算出舉升缸最大內(nèi)徑，并根據(jù)舉升高度來確定各個舉升缸的內(nèi)徑和行程;其次根據(jù)舉升容量和時間確定舉升時流量，并通過流量、泵轉速及其所要實現(xiàn)功能擬定出的液壓原理圖來確定所需要的舉升泵，進而確定液壓閥和各附件;最后對舉升液壓系統(tǒng)進行建模與仿真。此設計流程優(yōu)勢在于能根據(jù)仿真結果再次對舉升機構進行優(yōu)化設計、建模，以此循環(huán)，找到最優(yōu)解。
3.2 舉升缸的結構
為使整車結構緊湊，重心降低，達到貨廂對車架的沖擊減小、貨廂到達舉升終點時的限位以及貨廂回落時的限速等目的，SGA3550 型自卸車舉升機構采用后置雙缸直頂式舉升機構，采用液體壓力作為舉升動力，舉升液壓缸為4 級伸縮，末級雙作用，內(nèi)泄式限位，回落時限速采用回油節(jié)流形式ADAMS/Hydraulics 中沒有多級液壓缸的模型，根據(jù)舉升液壓缸工作原理，可將其分解為若干個相互連通的單級液壓缸的組合，將4 級伸縮末級雙作用舉升液壓缸分解成3 個柱塞缸和1 個單桿活塞缸
4 舉升液壓系統(tǒng)的建模
根據(jù)對國內(nèi)文獻的統(tǒng)計，對礦用自卸汽車液壓系統(tǒng)的研究，主要還是通過建立數(shù)學模型，利用MATLAB/SIMULINK 等工具對所建立的模型進行仿真，很少對由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成的耦合系統(tǒng)進行多領域協(xié)同仿真。本文將虛擬樣機技術引入礦用自卸汽車設計中，通過分析多級伸縮末級雙作用液壓缸的內(nèi)部結構和工作原理，采用實體建模方式，利用ADAMS/Hydraulics 對舉升液壓系統(tǒng)進行建模。
其中一級缸、二級缸、三級缸為柱塞缸，四級缸為單桿活塞缸，4 個單級液壓缸的無桿腔通過集流器相互連通，四級缸的有桿腔通過限位閥(可調(diào)節(jié)流閥)與4 個液壓缸的無桿腔相連。貨箱舉升過程中，該閥是關閉的，當舉升至終點(舉升缸伸長量大于某一值)時，限位閥打開，舉升缸上下腔連通，實現(xiàn)內(nèi)泄式限位。舉升缸的無桿腔進油口和有桿腔進油口用2 個節(jié)流閥模擬。這樣，一級缸、二級缸、三級缸、四級缸、集流器、限位閥、無桿腔進油口和有桿腔進油口組成了一個4 級伸縮末級雙作用內(nèi)卸式限位的舉升液壓缸，由此，就可以對液壓舉升系統(tǒng)進行多領域協(xié)同仿真，對多級液壓缸后置直頂式舉升機構實現(xiàn)參數(shù)化建模。
5 舉升液壓系統(tǒng)模型仿真
ADAMS/Hydraulics 對舉升機構液壓系統(tǒng)進行空車舉升和平裝滿載舉升。
5.1 空車舉升
首先進行空車仿真，仿真時間取95 s，步長0.001 s，舉升缸內(nèi)油壓隨時間的變化仿真結果。在貨箱舉升、回落過程中，當每一級缸筒或活塞桿伸出和縮回時，無桿腔內(nèi)油壓都會出現(xiàn)沖擊，每個油壓峰值是由4 級伸縮末級雙作用舉升液壓缸的內(nèi)部結構決定的，是不可避免的
5.2 平裝滿載舉升
貨箱平裝滿載42 t 的貨物，發(fā)動機怠速運轉，仿真時間取55 s，步長0.001 s，仿真結果。
滿載舉升比空車舉升時舉升缸內(nèi)無桿腔內(nèi)油壓高很多，但每一級缸筒伸出時油壓的振蕩小了。
空車舉升、滿載卸貨舉升和滿載不卸貨舉升3 種情況下舉升缸舉升力的變化。可以看出，滿載卸貨舉升和滿載不卸貨舉升時舉升缸受力相差不大;滿載不卸貨舉升臨近終點時，舉升缸受到拉力，方向與推力相反，故出現(xiàn)一個拐點。
6 結論
將虛擬樣機技術引入到SGA3550 型礦用自卸汽車設計中，通過分析多級伸縮末級雙作用內(nèi)泄式限位舉升缸的內(nèi)部結構，在ADAMS/VIEW 中建立舉升缸的仿真模型，實現(xiàn)了機械系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)的耦合，進而建立了整個液壓舉升系統(tǒng)的仿真模型。
礦用自卸汽車液壓舉升系統(tǒng)仿真結果表明：在貨箱舉升、回落全過程中，舉升缸無桿腔內(nèi)先后出現(xiàn)了(2n+1)個油壓峰值(n 為舉升缸級數(shù))，發(fā)動機轉速越高，油壓沖擊越大;滿載舉升時，舉升缸內(nèi)油壓振蕩比空車舉升時有所減輕。
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