某大型机械闭式液压行走系统的AMESim仿真

系统分为前车驱动和后车驱动两独立单元，两驱动

单元通过主金属结构连接，其结构如图 1 所示。

后车驱动系统

前车驱动系统

图 1 整机结构组成

两驱动单元均采用基于电比例变量泵-变量马 达的闭式液压系统，前车有 2 个驱动轴线，共计 8 个驱动轮，分别由 8 个变量马达驱动。后车有 4 个 驱动轴，共计 16 个驱动轮，分别由 16 个变量马达 驱动，前后车马达均采用并联方式连接。前车由一 台电比例变量泵驱动，后车由两台电比例变量泵并 联组合驱动，以此形成两个独立的变量泵-变量马 达组成的容积调速控制系统。为使闭式液压系统简 化，便于驱动模型的建立和分析，在每个驱动单元 中，可以将所有变量泵等效为一个大排量的变量泵， 所有变量马达等效为两个同等排量的变量马达，则 闭式液压行走驱动系统原理如图 2 所示。
（河南工学院，河南 新乡 453003）

摘要：介绍了某大型机械闭式液压行走系统的组成及工作原理，分析了闭式液压行走系统中变量泵的变量

原理，建立了变量机构的数学模型。利用 AMESim 软件对闭式液压行走系统进行了系统仿真，分析了该机械

在各种行驶工况下的动态特性，确定了影响动态特性的主要参数，为整机驱动性能的提升以及参数的优化
第 26 卷 第 5 期 2018 年 9 月

河南机电高等专科学校学报 Journal of Henan Mechanical and Electrical Engineering College

Vol.26 No.5 Sept. 2018

某大型机械闭式液压行走系统的 AMESim 仿真

王华帅，田长留
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河南机电高等专科学校学报

2018 年 5 期

a

b

c

弹簧来实现对中，比例电磁铁使阀芯产生与电流信
号成比例的位移 Xv ，设排量调节弹簧缸的输出位移 为 X P ，拨叉反馈机构将阀芯位移 Xv 与变量活塞位 移 X P 一一对应。
经数学公式推导，可以得出比例电磁铁的电流
I 对弹簧缸 X P 位移的传递方框图，如图 4 所示。

Kp

X P (s)

1 Ff (s)

mv

Kb K1K2

图 4 比例电流对弹簧缸位移传递方框图 表 1 变量机构仿真参数

参数名称

Ap

Ki

mv

参数值 5103 4.3102 0.12

单位

m2

N/m

Kg

kb 1.6 103
N/m

KP 1.6 105
N/m

k1 0.68
无量纲

参数名称

k2

hv

hv

hp

值

1.32

7

0.41

3

hp

mp

0.67 4.8

单位

无量纲

s-1

无量纲

s-1

无量纲 Kg

2 闭式液压行走系统的 AMESim 仿真模型
为尽可能地反映整机行走驱动的真实性，根据 图 2 闭式液压行走驱动系统原理图，在仿真软件

AMESim 中搭建行走系统驱动模型，并将图 4 中的 数学结果应用到仿真系统里，则整车闭式液压行走 驱动系统的仿真模型如图 5 所示。

图 5 闭式液压行走驱动系统仿真

该仿真模型中最关键的组成元件为变量泵、变 量马达、行走减速机和整车模型。
（1）发动机模型：在整车正常运行过程中，前

后车发动机的转速保持不变，因此在仿真模型中， 可以将前后车发动机看作恒转速源模型。
（2）变量泵：该车前后车行走液压系统均由相

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王华帅，等：某大型机械闭式液压行走系统的 AMESim 仿真

提供了一定的参考，具有一定的实用价值。

关键词：大型行走机械；闭式液压行走系统；AMESim 仿真

中 图 分 类 号 ： TP273

文献标识码：A

文 章 编 号 ： 1008–2093(2018)05–0059–04

0 引言

某大型机械为高铁桥梁架设设备，该设备可完

成重量达 900T 整体箱梁的运架功能。该设备行走
为便于系统仿真的进行，通过相应测量和数学
计算，给出变量机构的系统仿真参数，如表 1 所示。

O

Kv





Xv

A

B

Ff

C

x
Xp
图 3 变量泵伺服控制机构结构组成

I(s) Ki
mv

+ -

1

X v (s)

s2 2hvhvs h2v

Kvq / Ap

s3 h2p



2 hp hp

s2



1

Kp Kh



s



Kcp Ap2

图 2 闭式液压行走系统原理

1 变量泵变量机构数学模型
闭式液压行走驱动系统中变量泵的变量控制机 构采用电比例伺服力反馈控制方式，通过调节比例

阀的控制电流的大小来控制变量泵的斜Hale Waihona Puke Baidu角度，伺 服机构如图 3 所示。
比例阀电磁铁将电流信号转换为比例阀芯的开 口度和开口方向，阀芯采用对称滑阀结构，靠两侧

收稿日期：2018-07-01 基金项目：河南省高等学校青年骨干教师培养计划资助项目（2016GGJS-197） 作者简介：王华帅（1989―），男，河北邢台人，助教，硕士，主要从事电液一体化控制研究。

同型号的变量泵为驱动系统提供动力，前车一台变 量泵，后车两台变量泵，为了仿真简便，做如下假 定：用于前后车驱动变量泵性能参数完全相同，用 于后车行走驱动的两台变量泵性能参数也完全相同， 这样便可将后车两台变量泵看作一台双倍排量的变 量泵。
（3）变量马达：该车前车由 8 台相同规格的变 量马达组成，后车由 16 台与前车同规格的变量马达 组成。同样为了简化仿真过程，假定前后车各自的 变量马达的性能参数完全相同。
3 仿真过程及结果分析
3.1 仿真参数设定 变量泵主要参数：排量 250ml/r,容积效率 0.92；
变量马达主要参数：排量 60ml/r,容积效率 0.92；行 走减速机主要参数：减速比 102.5；整车模型主要参 数：轮胎直径 150cm,空载 700T/重载 1600T；管路 主要参数：管路直径 40mm,前车管路 40m,后车管路 长 25m；仿真时间 20s。前后车驱动压力在一定程 度上能够反应前后车驱动效果，因此选取压力参数 来分析仿真结果。 3.2 不同工况下的仿真过程及结果 3.2.1 空载/重载起步
（4）行走减速机：前后车驱动用的行走减速机 型号完全相同，则仿真模型中减速机的参数如图 5 所示。
（5）整车模型：为了尽可能地贴近整车的实际 负载工况，特选取 DRVVEH3A 模型作为整车模型， 并根据整车实际驱动结构参数来设置该模型中相应 的参数。
（6）管路模型：由于整车结构较大，管路较长， 需考虑管路的特性影响，因此选取 HL-01 管路模型。