基于AMESim粉碎机液压马达的特性分析

孙伟光　张健　王占军

摘要：针对木材粉碎机启动电流大、工作速度高、停止时候转动惯量大容易损坏电机的问题，提出液压马达解决方案。利用AMESIM软件建立粉碎机液压马达的数学模型，对液压马达的启动、工作、停止过程转动惯量、负载扭矩进行了研究，分析液压马达仿真的结果，提出使用液压马达的注意事项。

关键词：液压马达；AMESim仿真；转动惯量；木材粉碎机；数学模型 文献标识码：A

中图分类号：TH137 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

随着现在城市规模的越来越大，绿化树木的植物垃圾急剧增多，如集中堆积就会占据宝贵土地资源；如拉到郊区就会增加大量的人力、运输成本。木材粉碎机是专门对植物垃圾进行粉碎处理。但是木材粉碎机电机为工业用电，普通木材粉碎机受电源限制。也有柴油机驱动，扩大了粉碎机的应用场所，但是发动机产生的噪音、污染也不容忽视。

本文选用的路线为，选用厢式货车为载体，车主轴的机械能转换为液压系统液压能，再用液压马达把液压能转换为粉碎机的动力。克服现有粉碎机受供电条件的约束，可解决木材粉碎机的动力问题，扩大了粉碎机的使用范围，实现了树枝粉碎机加工的灵活性。因此有必要对液压马达进行分析和研究。

（3）

式中：为转角；为液压马达的排量；为总泄漏系数；为总容积；为总惯量；为粘性阻尼系数；为负载的扭矩弹簧刚度；为外负载力矩。

由式（1）、式（2）、式（3）得到：

（4）

对阀控液压马达弹簧负载很少见。当为零，且远小于1时，上式简化为：

液压马达轴的转角对阀芯位移、外负载力的传递函数分别为：

2 模型参数化及仿真实验

上式看出，马达转角主要受到阀开头位移、外负载的影响。而系统的液压系统主要受四个因素：负载惯量、外负载、马达排量和马达排量来作为仿真研究对象，来验证阀控液压马达的特性。因为马达转速、排量一般先选定，所以只仿真外负载、负载惯量。

依据某型木材粉碎机参数进行建模，具体数据如表1所示：

3 基于AMEsim的阀控液压马达的特性仿真

以转动惯量、负载扭矩为研究对象。是液压马达和负载折算到液压马达轴上的总惯量；负载惯量是根据粉碎机工作时候的轴、刀盘、甩刀及附属配件的转动惯量。根据粉碎机的类型，仿真时转动惯量分别设置为2kg/m2、4.5kg/m2、8kg/m2。负载扭矩是粉碎机工作的受力分析，假设工作时所受力矩5nm、10nm、20nm、40nm、60nm、100nm，因为设备启动、停止时为空转，因此，负载扭矩只是在理想状态。

第一，以2kg/m2、4.5kg/m2、=0，对负载扭矩进行批处理。

由图3和图4得，粉碎机启动、停止的时候，转动惯量越大，粉碎机停机的时间越长。

第二，以2kg/m2、4.5kg/m2、=0.02，对负载扭矩进行批处理。

由图5和图6得，转速越大、转动惯量越大，粘性阻尼系数作用效果越明显。

第三，=0、=0、0.02，对转动惯量进行批处理。

由图7和图8得，对粉碎机空载启动时间影响不大。但是加载阻尼时，曲线有明显的动态波动，容易对液压马达压力造成波动影响。

由图9和图10看出，在=0、=0时停机，至少需要5～6分钟时间才能停下来。=0.02时停机，可以控制在1～2分钟内。

4 结语

（1）根据仿真结果与分析，转动惯量在为4.5kg/m2、粘性阻尼系数为0.02时，启动、停止效果比较好；（2）启动时候对转速有明显的波动，容易对液压马达流量、压力造成影响，因此液压马达需要增加缓冲补油阀；（3）可以看出，无论转动惯量2kg/m2、4.5kg/m2，无论有没有阻尼系数，停机时间都会很长，对风机的控制非常的困难、危险，所以应当加以控制；（4）停机时附加100Nm的负载力矩，停机时间可由44s可以缩短到4s，可明显缩短设备的停机时间。

参考文献

[1] 宋宝昌，程立杰.FS型粉碎机的研制[J].木材加工机械，1997，（4）.

[2] 李状云，葛宜远.液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3] 王春行.液压控制系统[M].北京：机械工业出版社，1999.

[4] 付永领，祁晓野.AMESim系统建模和仿真——从入门到精通[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.

[5] 张宗成，袁锐波，等.基于AMEsim的阀控液压马达特性研究[J].科学技术与工程，2010，（5）.

作者简介：孙伟光（1984-），男，河南郑州人，供职于郑州中远干燥技术有限公司，研究方向：过程装备与控制

工程。

（责任编辑：黄银芳）