刘 磊，杨国豪，徐轶群
（集美大学轮机工程学院，福建 厦门 361000）
摘要：对推土机液压驱动系统原理进行分析，引入EASY5软件，对推土机行驶液压驱动系统进行计算机建模及仿真。以三一重工TQ230A推土机为例，通过仿真对系统在3 800 Nm荷下的稳定性及系统各元件参数变化进行了分析。分别通过改变主泵和马达的排量，得到相关系统各元件参数变化曲线，为现实推土机工作状态控制提供了参考依据。
关键词：全液压推土机；EASY5；系统仿真；驱动系统 中图分类号：TP391.9：TU623.5
0引言
随着电液技术的发展，液压元件成本的降低，由泵和马达组成的静压传动系统被广泛应用在工程领域中，以提高效率和动力。对工程机械液压系统进行计算机动态特性仿真研究有利于评价其工作性能，为技术人员提供便利。推土机承受波动剧烈的非平稳随机载荷，由于其行驶系统采用单边独立的变量泵 变量马达闭式系统，使得模型和仿真复杂，因而对其进行分析具有普遍意义。
1推土机液压驱动系统的组成
全液压推土机采用现代泵控系统，通过电液节流控制元件对液压泵或液压马达的排量参数进行控制，其动力传动方式为发动机带动分动箱驱动双边变量泵，经双边变量马达传递至减速装置，从而驱动履带行走。
图1为典型的静液压推土机单边行驶驱动回路。该系统由变量泵及其调整机构1、变量马达及其调整机构2、安全阀3、单向阀4、补油溢流阀5、梭阀6、溢流阀7、滤油器8、补油泵9和油箱等组成。其中变量泵1充当动力元件和控制元件，通过调整泵的排量改变泵流量大小和方向，从而改变液压马达输出速度大小及方向；通过改变马达排量使系统压力在外负荷有较大变化时保持在小范围波动；安全阀3和单向阀4组成安全系统，限定最大工作压力，同时实现油路高低压互换；补油泵9向系统的低压管道补油，梭阀6用于系统油液换热以及冲洗马达污垢。
2液压系统仿真模型的建立
本文以三一重工的TQ230A全液压推土机为例设定仿真参数。TQ230A的主要技术参数如表1所示。
根据推土机行驶驱动系统原理图，选用EASY5仿真软件进行建模。EASY5的强大功能就是建立了一批对应真实物理部件的仿真模型，如泵、马达、阀、管路、分流集流和液压油等，用户只要如同组装真实的液压系统一样，把相应的部件图标从库里取出，设定参数，连接各个部件，就可以构造用户自己的液压系统，而不必关心具体部件背后烦琐的数学模型，因此EASY5的液压系统仿真软件非常适合工程人员使用。
但由于仿真软件元件库的原因，对部分元件我们进行了替换，但基本保证系统不会受到影响，建模结果如图2所示。将SF模块通过惯性环节分别与主泵和补油泵相连，加载时刻从仿真开始后1 s起，控制其转速，使其稳定在2 200 r／min。将SF模块通过惯性环节与液压马达相连，加载时刻从仿真开始后3 s起，控制马达的负载，使其分别为300 Nm和3 800 Nm。仿真时间设定为5 s，仿真精度值设为0. 01。
3 仿真结果分析
3.1 马达高负荷下的系统状态
加载马达负荷为3 800 Nm，通过仿真得到的结果如图3～图5所示。
由图3可知，马达加载较大负荷时，主泵瞬时压力升高较快，系统达到稳定时，主泵压力值基本与马达正常负载(300 Nm)时的压力值相同，当负载过大时，主泵瞬时压力值出现波动，系统的稳定性有待加强。
由如图4可知，马达负载为3 800 Nm时，安全溢流阀出现溢流，溢流时间仅持续0.16 s，由于过大负荷加载的瞬间主泵压力迅速增大且呈现波动，导致该溢流阶段流量波动较大。
由图5可知，马达加载过大负荷瞬间，梭阀溢流量随之迅速增大，此时梭阀起到了及时换热的作用。
3.2 主泵和马达不同排量比下的系统状态
为了研究推土机不同工况下各元件的工作状态，分别改变主泵和马达的排量比来进行分析。先控制马达为全排量，主泵排量比分别为80%、40%，再控制主泵为全排量，马达排量比为80%和40%，得到相关元件参数变化曲线，如图6所示。其中仿真开始后3s起马达加载负荷300 Nm。
由图6可得以下结论：①空载情况下，马达进口压力及梭阀输出流量随主泵排量升高而升高；②有负载情况下，马达进口压力及梭阀输出流量不受主泵排量影响；③若马达排量过小，在主泵启动瞬间系统压力急剧升高，使系统稳定性下降，故马达排量不宜过小；④其他条件不变的情况下，马达转速随马达排量降低而升高，马达加载负荷后对马达转速影响很小，使马达转速下降约9%。综合以上结论可知：负荷增大时，马达应为大排量低转速；负荷减小时，马达应为小排量高转速。
4 结语
本文利用EASY5仿真软件对推土机行驶系统进行了建模，选取3 800 Nm负载工况进行了仿真分析，发现TQ230A推土机行驶系统在高负荷下的稳定性还有待提高。分别改变主泵和马达的排量比得到了推土机液压驱动系统各元件参数的关系和变化规律，为现实推土机液压驱动系统控制提供了参考依据。
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