基于功率键合图的轮式装载机工作装置液压系统的建模与仿真

　　轮式装载机是一种集铲、运、装、卸作业于一体的自行式工程机械，广泛应用于各种工程建设，用来铲装、搬运、拆卸、平整散装物料，也可对硬土、岩石等进 行轻度的铲掘工作，还可以进行刮平地面和牵引其他机械等作业。作业工况复杂多变，负荷变化频繁、变化范围大，机动灵活、作业效率高，因而用途广泛。工作装 置液压系统是装载机的重要工作部分，在整机作业过程中起着重要作用，其性能决定了整机的负载能力和工作效率。装载机在作业过程中，升降动臂、转动铲斗、整 机转向和换向变速等动作需协同配合、频繁变换，系统的负载处于动态变化状态，因此，对于工作装置液压系统，仅按照传统的静态过程进行设计，已不能满足整机 液压系统的要求，作者利用功率键合图法对工作装置液压系统进行动态仿真，从功率的观点用图示的方法反映液压系统中功率的流向及有关信息，从而导出工作装置 系统的动态方程，采用 Matlab/Simulink 软件，直接用方框图进行建模和仿真，这与传统的方法相比，具有更直观、方便、灵活的优点。因此，工作装置液压系统的动态仿真对于提高整机的性能和可靠性具 有重要意义，有利于设计出更好的液压系统，对产品的开发改进有一定的帮助。

　　1 装载机工作装置液压系统构成及其工作原理

　　装载机工作装置液压系统主要由动力源、工作泵、多路换向阀和执行机构等组成，其液压原理如图1 所示。

　　系统的动力源选择柴油发动机，由它来驱动泵工作，将机械能转化为液压能。多路换向阀由铲斗油缸换向阀、动臂油缸换向阀及管路等组成，用来传递功率和控 制，也是液压系统的关键零件。执行机构是由2 个动臂油缸和 2 个铲斗油缸组成，完成装载机的各种工作，直接和负载相连。铲斗油缸换向阀是三位六通滑阀，控制铲斗前倾、后倾和固定在某一位置 3 个动作，当铲斗油缸换向阀处于左位和右位时，动臂油缸换向阀封锁，动臂不工作，当其处于中位时，动臂油缸换向阀才可工作。动臂油缸换向阀是四位六通换向 阀，控制动臂上升、下降、固定和浮动 4 个动作，动臂浮动位置可使装载机在平地堆积作业时，工作装置能随地面情况自由浮动，在铲掘矿石作业时可使铲斗刃避开大块矿石进行铲掘，提高作业效率。溢流 阀起安全阀的作用，当系统压力超过调定的最大工作压力时，溢流阀打开，油液流回油箱，保护系统不受损坏。缓冲补油回路由溢流阀和单向阀组成，连装在铲斗油 缸的回油路上，保护铲斗油缸不受损坏。

　　2 基于功率键合图的液压系统建模方法与步骤