福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 李小冰

緊湊型掃路機(jī)轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)及仿真分析*

福建龍馬環(huán)衛(wèi)裝備股份有限公司 李小冰

該文介紹了一種緊湊型液壓驅(qū)動(dòng)掃路機(jī)轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)，應(yīng)用AMESim軟件對該轉(zhuǎn)向橋進(jìn)行建模仿真，得出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各參數(shù)特性曲線，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對進(jìn)一步提高自行走機(jī)械全液壓轉(zhuǎn)向橋的性能提供參考。

液壓驅(qū)動(dòng) 掃路機(jī) 轉(zhuǎn)向橋

隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對城市道路清掃工作也提出了更高的要求。雖然目前國內(nèi)大部分城市基本實(shí)現(xiàn)了城市主干道清掃的機(jī)械化，但是占城市清掃面積將近一半的街巷、慢行道、便道仍然靠人力使用大掃帚完成清掃保潔工作［1］。為了改變這一狀況，發(fā)展、使用緊湊型全液壓驅(qū)動(dòng)掃路機(jī)勢在必行。緊湊型全液壓驅(qū)動(dòng)掃路機(jī)最高行駛速度約為35km/h，采用全液壓轉(zhuǎn)向橋設(shè)計(jì)能滿足其結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)向靈活的要求。應(yīng)用AMESim軟件對全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析其轉(zhuǎn)向特性，對于提高掃路機(jī)在工作過程中的可靠性及高效性具有重要意義。

1　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

緊湊型全液壓掃路機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)裝置及轉(zhuǎn)向液壓裝置兩大部分組成，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)裝置由轉(zhuǎn)向節(jié)臂、橫拉桿、轉(zhuǎn)向油缸桿、轉(zhuǎn)向油缸筒、前橋等構(gòu)成，如圖1所示。轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)主要由液壓泵、液壓轉(zhuǎn)向器、液壓油箱、轉(zhuǎn)向油缸等組成，其中轉(zhuǎn)向油缸既是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)裝置的一部分，又是轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)的一部分。

圖1　轉(zhuǎn)向橋總成

圖2 是轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何模型，該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向力矩（單位：Nm）為［2］：

圖2　轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)幾何模型

在眾多仿真軟件中，AMESim作為一款成熟且優(yōu)秀的仿真軟件，已成為流體、機(jī)械、熱分析等復(fù)雜系統(tǒng)建模和仿真的優(yōu)先選擇平臺(tái)。為了盡可能真實(shí)地反映系統(tǒng)特性，在應(yīng)用AMESim仿真軟件建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部分元件的仿真模型前，先建立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各元件的數(shù)學(xué)模型。從轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各部件的工作原理和系統(tǒng)工作原理出發(fā)，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵部件建立較為準(zhǔn)確的子模型，并假設(shè)系統(tǒng)各元件的壓力、流量、泄漏等參數(shù)在理想條件下［3］。圖3為轉(zhuǎn)向橋仿真模型，圖4為轉(zhuǎn)向器子模型。仿真參數(shù)設(shè)置見表1。

2　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真及分析

圖3　轉(zhuǎn)向橋仿真模型

圖4　轉(zhuǎn)向器子模型

表1　仿真參數(shù)設(shè)置

仿真開始2s后，方向盤輸入30°的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)壓力、液壓泵扭矩等開始上升，在時(shí)間大約達(dá)到2.8s時(shí)，液壓泵扭矩達(dá)到約14Nm，如圖5所示。液壓系統(tǒng)壓力達(dá)到80bar左右，如圖6所示。轉(zhuǎn)向阻力均值約為4kN，如圖7所示，與計(jì)算結(jié)果接近。轉(zhuǎn)向阻力在3kN～4.5kN之間振蕩，液壓系統(tǒng)壓力在60bar～95bar之間振蕩，對該壓力曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），得出其振蕩頻率約為23Hz，其振蕩頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)固有頻率接近。由此可知，液壓系統(tǒng)振蕩主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)固有振蕩頻率引起的。

圖5　液壓泵扭矩特性曲線

圖6　液壓泵壓力曲線

圖7　轉(zhuǎn)向阻力曲線

3　結(jié)論

本文介紹了緊湊型全液壓驅(qū)動(dòng)掃路機(jī)轉(zhuǎn)向橋的設(shè)計(jì)，給出了轉(zhuǎn)向力矩計(jì)算式。通過AMESim軟件對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，得出了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)各參數(shù)特性曲線，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了相應(yīng)的分析。通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真模型的準(zhǔn)確性，對進(jìn)一步提高自行走機(jī)械全液壓轉(zhuǎn)向橋的性能提供參考。

［1］ 羅立炎，于今，李源.我國道路清掃車的發(fā)展趨勢［A］//2010年重慶市機(jī)械工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］，2010.

［2］ 博世力士樂中國.博世力士樂行走液壓樣本RC 14 365/01.98.

［3］ 李永堂， 雷步芳， 高雨茁.液壓系統(tǒng)建模與仿真［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

* 注：福建省區(qū)域重大項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012H4016）。