基于AMEsim的阀控液压马达特性研究

　　近年来,液压控制系统由于结构紧凑、体积小、质量轻、功率大、响应快等突出优点,使得它在国民经济的各部门和国防建设等方面得到了广泛的应用。在工业生产中,阀控液压马达系统是其常用的液压控制之一,其性能好坏将直接影响整机的性能。因此,对其进行仿真研究得到了人们的重视,目前多用Matlab软件对其特性进行分析^[1]。而AMEsim软件由于其具有完全图形界面,更能为液压控制系统提供一个强大的建模和仿真平台,因此,用AMEsim仿真软件对阀控液压马达特性进行分析和研究将具有重要的现实意义^[2]。

　　1　建模仿真软件——AMEsim

　　AMEsim软件是由法国IMAGINE公司推出的综合系统仿真软件,它做为液压系统的一种高级建模和仿真平台,与其他仿真软件相比具有很多优势:①AMEsim在统一的平台上能够实现多学科领域的系统工程建模和仿真;②AMEsim提供了齐全的分析工具以方便用户分析和优化自己的系统;③AMEsim的智能求解器能够根据用户所建模型的数学特性自动选择最佳的积分算法;④AMEsim具有多种仿真运行模式:动态仿真模式、稳态仿真模式、间断连续仿真模式以及批处理仿真模式;⑤AMEsim提供了丰富的与其他软件的接口,如Matlab、Ad-ams、Excel、xPC等。由于AMEsim的特点及其具有的优势,在国内、外早已经成为建模和仿真领域的一种标准软件^[2]。

　　2　阀控液压马达数学模型的建立

　　图1为阀控马达回路原理简图,由图1可知

　　阀的流量方程,液压马达流量连续性方程,液压马达和负载的力矩平衡方程为式(1)所示。

式(1)中:

　　θm为液压马达的转角; rad。

　　Dm为液压马达的排量;mL/r。

　　Ctm为液压马达的总泄漏系数;m3/(spa)。

　　Ctm=CiCim、Cem分别为内、外泄漏系数;

　　Vt为液压马达两腔及连接管道总容积;m3。

　　Jt为液压马达和负载折算到马达轴上的总惯性; kg·m2。

　　Bm为液压马达和负载的黏性阻尼系数;Pa·s。

　　G为负载的扭转弹簧刚度;N·m/r。

　　TL为作用在马达轴上的任意外负载力矩; N·m。

　　xv为轴的位移;m。

　　pL为负载压力差;MPa。

　　Kq为阀的流量增益;m2/s。

　　KC为流量—压力系数;m3/(s·Pa)。

　　βe为系统的有效容积弹性模量;MPa。

　　假定V1=V2=,xv1=xv2,此时,液压马达—负载质量系统的固有频率最低,稳定性最差。对上述三个基本方程进行拉普拉斯变换,并消去中间量QL和pL,即可得阀控液压马达在阀芯位移xv和外负载力矩TL同时输入时的总输出为