轮式装载机动臂液压缸动态刚度特性分析

２ 数 学 模 型
阀控 动臂 液压 缸 系统 结 构 简 图如 图 ２所示 ， 假
定：
（ 阀对于阀芯位移和阀压力变化所产生的流 １ ）
量 变化 能瞬 间反 应 ， 阀具 有理想 的响应 能力 ； 即
１ 工 作装 置 结 构 分 析
作为装载机的工作装置 ， 其简图如图 １ 所示。 作 用在动臂液压缸活塞上的等效质量可以通过工作装
ｇｉｐ ＝ 》 ｒｐ２ Ａ ｃｌ） （ － ｃ － ２ Ｉ （ ｐ ｑ） ２； 亭ｚ
置各构件的质心位置计算得到，而质心位置与动臂 举升 角度有 关 ，定义 Ａ Ｇ与 ｚ轴 之 间所夹 锐角 为动 臂举 升角 ， 由工作 装置 的结构 特点 可知 ， 臂举 升角 动 与 ／Ｉ Ｈ有关 ， Ｇ 而在 ＡＩＨ 中 ， Ｇ 由于动臂 举 升角度 的 不同，作用在动臂液压缸活塞上的等效质量也不相 同 ，而且动臂 液压 缸有杆 腔 和无 杆 腔的初始 容积 也 不相 同 ，这都 会影 响到模 型建 立 以及 最终计 算 的精 确 程迟 春燕等 ： 轮式装载机动臂液压动态刚度特性分析
＋
ｃ ＋ ４
＋
将阀的流量方程线性化 ， 并带人负载流量方程得 ： 吼 Ｋ目 一Ｋｃ Ｌ Ｐ —Ｋ （） ２
其 中 ： 量增益 ： 流
图 ２ 动 臂 液压 缸 结 构 示 意 图
＝
＝
。
Ｋ ｑ ２
Ｚ
Ｈ
ｆ 忽略管道的 内摩擦损失 以及液体质量的影 ２ ） 响。 计算中所使用的参数说明如下： Ｐ — —油 源压力 ； ｑ、 — —动 臂液 压缸无 、 ｑ 有杆 腔流量 ； Ｐ、 — —动 臂液 压缸无 、 Ｐ 有杆 腔压力 ； 动臂液压 缸无 、 有杆 腔有效 作用 面积 ； 动臂 液压 缸无 、 有杆 腔体积 ； 。 — ＿动臂 液压 缸无 、 、 有杆 腔初始 体积 ； Ｘｖ — — 阀芯位移 ； Ｙ —— 活 塞位移 ； 液压 缸速 度 ； ｍ —— 活塞 承受 的等效 质量 之和 ； 厂 ——作 用 在活 塞上 的外 加激 励 。
。
１
ｇ＝ ｄ ｌｃ
ｐ－ １ ＝ ） ｐ
，
—
ａ ｂ
＂ 一
ｃ
ｐ
１４ 而 ＋７ —
液压 缸受 力平 衡方程 ：
（） ３
及 ｑ ＝ ｑ ｌ ２＝
ｍ ＋＝ ，１ ２ｐ ｌ ｊｆｐＡ＿ ＝ ｅ ｌ 将 （ ）２ （ ） 端进行 拉 氏变换得 ： １ （ ）３两
Ｑ （＝ｃ ） ） － （ Ｌ）（ ｓ ＋ 尸 ｓ ｓ ） Ｙ Ｑ（ ＝ ｑ ￣）ＫｃＬ） Ｌ ）Ｋ Ｘ（ － Ｑ （ Ｓ ｓ ｓ 】 ） ）Ａ 尸 ， ＋ ＝ ）
有 鲁一 — ＝ ：
液 压缸 的流量连 续方 程 ：
其 中：
ｃ＝ ——下 —：一 － 【ｌ＋ 下 【 ＋ ）
迟 春燕 秦 四成
（ 吉林大学机械科学与工程学院 吉林长春 １０ ２ ０ ５） ３ 摘要 ： 建立 了轮式装载机 动臂液压缸 的数学模型 ， 推导 出动臂液压缸的动态 刚度 表达式 ， 为整车建模与振动仿真提 供了理论依据。 针对具体型号的装载机用 ｍ ｔｂ编写程序 ， ａａ ｌ 得到不同工况及不同载重情况下的动态刚度 曲线并对结
是装载机工作装置的重要部件 ，因此对装载机工作 装置 动臂 液压 缸 承载 状 况与 液压 系 统进 行 分 析 ， 研 究 相关参 数对 系统 的影响 ， 十分 必要 的 。 是 以往 的文 献 中都将动臂液压缸与车架视为刚性连接，实际上 由于液压 油 以及 阀控 缸 自身所具 有 的特 点 ，将 其视 为刚性连接是不准确的，以此为基础计算得到 的工 作装置振动特性将与真实情况不符。 为了解决这一问题 ， 本文从实际情况出发 ， 建立 了轮式装 载机动 臂液 压缸 的数学模 型 ，得 出动 臂液 压 缸动 态 刚度 表达式 ， 并用 ｍａａ ｔｂ编写 程序 得 到在 ｌ 不 同工况 以及不 同载 重情况 下动臂 液压缸 的动 态 刚 度曲线， 为整车建模与振动仿真提供了理论依据。
＋
ｃ
定义负载流量： ｇ
定义负 载压力 ：
１１ 一 ｌｐ ２ （ ” 。 ） ＋
、 Ｊ
２ ｎ ２
、 ，
（
ｐ÷（ Ｆ ｐ ‘
ｐＩ ＝ ．
Ｊ一 ）１
流量一 压 力系数 ：
ａ ｂ
、月 ， 十 ｌ
１当动臂处 于举 升状态 时 （ Ｏ如 图 ２ 示 ） ） ＞ ， 所 由阀的流量 方程 【 １ ］
第 ２ 总第 ３ 期 ） 期（ ９
２１ ０ ０年 ３月
溢体秸动 控副
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轮式装载机动臂液压缸动态 刚度特性分析
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Ａ，
图 １工作 装 置 受 力 及结 构 尺 寸 示 意 图 收稿 日期 ：０ ９ ０ — ７ ２ ０ — ９ １
设
为 了满足阀与液压缸功率匹配的要求［ ２ １
作者简介 ： 迟春燕（ ９ ０ ） ， 长春人 ， １８ 一 女 吉林 在读博士 ， 主要从 事工
程机械方面的研究工作。
果进行 了分析。 关键词： 载机 ； 装 动臂液压缸 ； 动态刚度 ； 特性分析 中图分类号 ：Ｈ１７３ Ｔ ３－ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ２ ８ ０ ２ １ ０ — ０ ０ Ｏ ４ １７ — ９ ４（０ ０）２ ０ １ 一Ｏ
引 言
装载 机 的工作 装 置 由铲 斗 、 动臂 、 臂 、 杆 及 摇 连 液压 系统等组 成 ，动 臂和 动臂液 压缸 的作用是 提 升 铲 斗并使 之 与车架连 接 。 在行驶 过程 中 ， 动臂 液压缸