基于AMESim的机械液压油冷却系统设计方法有哪些?     从化云梯车租赁,  从化云梯车出租,  从化云梯车公司      工程机械的工作地域分布广，施工环境复杂多变，导致其工作负荷较大且变化剧烈。本文研究对象为全液压传动的某型号云梯车，液压油温度控制对整车工作性能影响巨大，因此其冷却系统的合理匹配设计至关重要。在液压油冷却系统匹配设计工作中，热负荷的确定是难点，工程设计人员通常根据发动机功率进行一定比例的折算，无法准确考虑循环工况、工作载荷等因素的影响，容易导致较大的设计偏差。基于传热学及流体力学的理论计算方法能够对系统各部件产热及散热进行详细分析，但该方法中经验参数取值对计算结果的准确性存在较大影响，且热平衡求解效率低。AMESim作为一款高级商用仿真软件，能对多领域智能系统进行建模和分析。运用AMESim建立了装载机液压系统热平衡模型，根据各元件的产热和散热特性建立了数学模型，研究了系统达到热平衡后各元件的产热和散热功率。本文将应用AMESim软件，对云梯车各子系统进行适当等效简化，并运用软件中的热液压库、机械库、热库及冷却系统库搭建液压系统，建立其机电液一体化仿真模型，通过动态仿真计算分析液压系统温升过程及冷却系统能力，并对该方法进行整车热平衡试验验证。

     1液压系统热源及换热原理分析,   液压系统热源本文所研究的云梯车为全液压传动机型，液压系统主要热量来源于液压泵、马达的效率损失及液压阀、管路等元件的阻性压力损失。泵、马达的效率包括机械效率ηm及容积效率ηv，总效率η=ηm·ηv，进入液压油的热量按下式计算：W1=W·（1-η）（1）式中：W1为泵或马达发热功率，W；W为泵或马达的输入功率。液压系统阻性压力损失包括元件局部压力损失及管路沿程压力损失。其中，局部压力损失是指元件突然变化的过流面积或流动方向导致流体发生剧烈动量交换而产生的压力降；沿程压力损失是指液压油流动时，流体微团或流体层之间，以及流体与固体壁之间的摩擦力而导致的压力降。损失的压力转化为热量进入液压油，其热量按下式计算：W2=△p·Q：W2为压力损失发热功率，W；△p为压力损失，Pa；Q为液压油流量，m3/s。其中，压力损失分为局部压力损失△p1及沿程压力损失△p2，分别按下式计算：△p1=ζρv22（3）△p2=λ·ld·ρv22：ζ为元件局部阻力系数；λ为管路沿程阻力系数；ρ为液压油密度，kg/m3；v为液压油流速，m/s；l为管路沿程长度，m；d为管路通流直径，m。1.2液压冷却系统换热原理分析液压系统主要依靠散热器进行冷却，该冷却系统由液压油散热器、冷却风扇及驱动马达组成。散热器内侧高温液压油与外侧低温冷却风之间存在温度差，且冷却风扇驱动空气流动通过散热器，使内外侧介质通过散热器进行强制换热，其热平衡公式如下式[4]：准＝KA△tm=M1c1（t1′-t1″）=M2c2（t2″-t2′）（5）式中：准为冷却功率，W；K为换热系数，W/（m2·℃）；A为换热面积，m2；△tm为内外侧介质进口温度差，℃；M1、M2为内外侧介质流量，kg/s；c1、c2为内外侧介质比热容，J/（kg·℃）；t1′、t1″为内侧介质进出口温度，℃；t2′、t2″为外侧介质进出口温度，℃。液压系统中的管路、油箱等部件通过表面与空气进行自然换热也是液压系统冷却的一部分，其总换热功率按下式计算[5]：N=ni=1ΣKi·△Ti·Ai（6）式中：n为散热元件个数；Ki为液压系统中各部件表面换热系数，W/（m2·℃）；△Ti为油温与外界环境温度之差，℃；Ai为液压系统中各部件换热面积，m2。

     2仿真模型建立本文所研究的云梯车液压系统复杂，工况循环多变，逐一建立各元件发热及冷却数学模型并进行系统热平衡求解十分困难，因此本文选择成熟商业软件AMESim对其冷却系统及整车工作系统进行建模。

   冷却系统模型建立的冷却系统模型，液压油散热器内部高温液压油来自两个并联单向阀分流，其中压力高于0.35MPa的液压油直接回油箱，剩余部分通过散热器进行冷却。液压油冷却系统风侧部分包括冷却风扇、散热器及进风格栅，3D示意图，液压油冷却风扇采用液压马达驱动方式。

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    整车工作系统模型,  整车工作系统包括主泵、主阀、动力头及卷扬等主要部分，根据整车工作原理对液压系统及机械结构部分进行简化等效建模。模型参数设置主要包括如下部分：（1）泵马达参数设置，本文中主要涉及主泵、动力头马达、卷扬马达及冷却风扇驱动泵马达，根据式（1）的计算要求，进行各泵、马达效率台架测试，设置泵排量200mL/r，动力头马达排量160mL/r，卷扬马达排量320mL/r，并根据试验设置泵马达机械效率和容积效率曲线。主泵采用恒功率控制，恒功率变量泵特性曲线。

   （2）冷却系统参数设置，主要包括液压油散热器、冷却风扇及进风格栅损失系数。设置风扇直径Φ610mm，风扇静压-风量曲线；散热器芯子冷却性能试验通过风洞试验获得，数据见表1，并从数据中提取散热器风阻性能曲线，油阻性能曲线和散热功率曲线输入模型，设置散热器芯子长800mm，宽645mm，厚140mm。

    （3）机械部分参数设置，包括动力头减速器传动比、卷扬减速器传动比、卷筒直径、钢索长度及钻杆重量等参数，按照实际参数进行相应设置。3仿真计算与试验验证循环工况设置。工况1为钻孔阶段，设置钻孔时间为1260s，钻孔负载为180kN·m，卷扬制动信号设置为1，即处于制动状态。工况2为钻杆提升阶段，工作时间段设置为1260~1285s，持续时间为25s，钻孔负载为0kN·m，卷扬制动信号设置为0，即处于解除状态。工况3工作阶段钻孔提升钻杆甩土作业下放钻杆钻孔负载/（kN·m）180000卷扬制动信号1010图6散热器进口温度曲线为甩土作业阶段，工作时间段设置为1285~1320s，持续时间35s，钻杆负载设置为0kN·m，卷扬制动的设置为1，即处于制动状态。工况4为下放钻杆阶段，工作时间段设置为1320~1343s，持续时间23s，钻孔负载设置为0kN·m，卷扬制动设置为0，即卷扬制动处于解除状态。设置模型计算为Dynamic模式，并采用循环计算方式，时长为5000s，然后进行仿真计算。为验证本文AMESim一维仿真模型是否准确有效，进行整车热平衡验证试验。其中，试验负载、各循环工况时长均与仿真工况基本一致。 由于提钻、甩土工况载荷变小，可看出散热器的进、出口温度在此阶段有所降低，当进行钻杆下放时，因运用平衡阀溢流来实现钻头的下放，液压能全部转换成热量，进、出口油温有所升高，随着时间的推移，散热器的进、出口油温在5000s内一直是上升趋势。综上所述，液压油散热器进口温度、出口温度的测试结果与仿真曲线基本一致，说明仿真与实际测试情况相符合。由液压油流量曲线可以看出，在提钻、甩土工况液压油流量突然降低，这是因为当负载减小时，发动机转速降低，泵的流量降低，相应的流入散热器的流量减小。由图9可以看出，散热功率仿真曲线与测试曲线基本一致，散热功率误差6.9%。散热器进出口温度误差最大2.7%，油流量误差3.2%，满足整车冷却系统设计精度要求。

      4结论本文分析了某全液压传动型云梯车液压系统热源及冷却系统原理，采用AMESim软件结合整车液压系统结构、原理及各部件性能数据建立了液压系统热态仿真模型，并通过试验验证了模型计算的准确性。通过本文研究，形成了一种快速有效的液压油冷却系统动态仿真计算设计方法，较以往静态仿真模型，动态热液压仿真模型能够更准确模拟液压系统工作过程中的系统生热及油温变化过程，可对冷却系统性能进行更精确的预测评估。

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