基于AMESim的支重轮疲劳试验台液压系统仿真研究

　　0 引言

　　支重轮是履带式工程机械( 例如挖掘机、推土机和旋挖机等) 的重要部件，其容易发生以下形式的疲劳: ① 轴折断; ② 润滑失效; ③ 轮体损坏。对此，我们采用液压伺服疲劳试验台，模拟支重轮实际工况，对支重轮进行加载。为改进和优化支重轮的设计，提供参数。本文通过对液压力伺服控制系统进行动态特性仿真分析，可以进一步了解系统特点及为优化这一系统提供依据，对以后此类的控制系统设计有着重要的意义。

　　1 仿真平台简介

　　AMESim ( Advanced Modeling Environment for Sim-ulations of Engineering System) 是某公司开发的一种新型的高级建模和仿真软件，其全称为工程系统高级建模和仿真平台。它为用户提供了一个系统工程设计的完整平台，使用户可以在同一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，集成有鲁棒性极强的智能求解器和严谨的非连续处理功能以及齐全的线性化分析工具，使用户在仿真计算后可以非常方便地分析和优化自己的系统^[1]。

　　2 电液力控制系统建模及仿真分析

　　系统参数要求: 最大静负载300 kN; 最大动负载150 kN; 工作频率0 ～20 Hz。加载波形: 正弦，此系统主要要求幅值频宽为 20Hz，相位频宽无要求。

　　电液力控制系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸和力传感器等组成，如图1 所示^[2]。

　　2. 1 电液力控制系统仿真模型的建立

　　从机械库、信号和控制库、液压应用库中选取相应的元件建立的仿真模型如图2 所示，本系统所有元件使用Premier submodel 功能选择最简单的数学模型。

　　由于此液压系统是用于挖掘机和推土机支重轮疲劳试验台，负载没有阻尼，因此我们选用一质量块和弹簧来等效负载和机架。为了消除稳态误差，我们采用比例积分环节^[3]。

　　2. 2 设置主要元件的参数

　　主要元件的参数设置如下: 液压泵选用恒压泵，排量为100 mL/rev，转速为1500 r/min，效率、压力流量关系采用默认值; 溢流阀作安全阀，开启压力设为22MPa; 蓄能器出口处压力设为工作压力21 MPa，预压力为14 MPa，容积为40 L; 伺服阀为二阶振荡模型，设置各通路流量为120 L/min，各通路压降1 MPa，固有频率为135 Hz，工作电流为20 mA; 液压缸的活塞直径为140 mm，活塞杆直径为90 mm，行程0. 28 m，其它参数默认; 弹簧刚度设为7. 5e +7 N/m; 压力传感器和图2中输入信号1 的增益设为1; 输入力控制信号为正弦信号，频率设为18. 5 Hz，平衡位置为75 kN，振幅为75kN，其它为默认值。

　　2. 3 仿真并分析结果

　　运用批处理功能，设置图2 中比例积分环节2 的增益K 为批处理变量，参数分别为0. 01、18 和20。设置仿真时间为10 s，采样频率为0. 001 s，得出批处理结果如图3 所示。不同的系统增益值，很明显影响系统的响应。当增益值较大时，系统输出结果振荡明显;当增益较小时，调节时间长，系统响应慢。为此我们要综合权衡，选择合理的增益值为18。