基于ADAMS/Hydraulic的液压缸机械损失参数的研究

　　1　概述

　　ADAMS/Hydraulics可以实现机械系统与液压系统的无缝结合,因此在虚拟样机技术中得到了广泛的应用高钦和与郭晓松[1]在ADAMS /Hydraulics环境下建立了多级液压缸的模型,并与负载模型相耦合,实现了仿真并给出了仿真结果。余新康和王健[2]探讨了如何建立液压虚拟样机 并进行仿真的方法,通过实例给出了液压缸的仿真曲线图和实际的速度曲线图。郭晓松等[3]利用ADAMS建立起了某大型起升设备的机电液一体化模型,并对 模型的液压动态性能进行了研究。程燕和鲍务均[4]则对基于ADAMS的虚拟样机技术做了一个综述。刘静等[5]在ADAMS的基础上,进行了基于结构动 力学结算的挖掘机液压系统仿真,通过试验数据与仿真数据对比,验证了基于ADAMS/Hydraulics进行液压系统仿真的精确性。但以上论述均没有涉 及到液压系统中主要的液压损失———机械损失。实际液压系统很多地方存在摩擦,比如,阀、液压缸内等。William Scott Owen和Y Rui, D Wang等人[6~7]的研究表明,在液压系统中,液压缸内的摩擦力是主要的,与之相比,其他的摩擦因素是可以忽略的。在对称液压缸中,摩擦力约占驱动力 矩的30%,在非对称液压缸中占驱动力矩的1%~10%。因此,液压缸内的摩擦力是不能忽略的,并且在仿真中考虑到液压缸中机械损失会增加模型的稳定,有 助于仿真结果更接近实际情况。

　　2　ADAMS/Hydraulics中的液压缸模型[8]

　　在ADAMS/Hydraulics中,所有的液压回路是以参数化的方式定义的,即用户只需要给出相关元件的参数就可以获得该元件的性能。ADAMS /Hydraulics还是连接机械模型与液压模型的无缝接口。由于液压缸是液压回路中最重要的元件,所以需要建立液压缸的模型。以最常用的双作用液压缸 为例。

　　在ADAMS/Hydraulics计算公式中,液压缸的最大最小支承长度分别为l_max和l_min,在最大(小)支承长度时,A(B)腔的体积为V_Idead( V_udead);液压缸活塞的直径为Dp,缸体壁厚为s,缸体材料杨式模量为E,泊松比为υ;压力改变导致活塞密封摩擦、A腔杆密封摩擦以及B腔杆密封摩擦的区分系数分别为a、b1、bu,密封预先压缩导致的干库仑摩擦力为F_u0,完全为动态摩擦时的速度为v_tr,由静态摩擦到动态摩擦的相对减少系数为μD,密封剪切刚度为k_sseal,活塞运动时阻尼系数为c。

　　由于缸体是柔性的,因此,缸的内径在压力下会有增量u

　　上式中,Do为缸的外径,Do=Dp+2s,而Δp=p-pc为缸体内相对于环境压力p的相对压力pc。根据式(1),可以得出缸的压力有效用面积为:

　　伸出腔(A腔)与缩回腔(B腔)的活塞杆的横截面分别为: