基于AMEsim的裝載機剎車能量回收系統仿真

東鑫淵 魏秀嶺

摘要： 本文在綜合仿真平臺AMESim軟件中建立了裝載機整機模型以及能量回收模型，對裝載機的剎車性能、驅動能力、啟停能力以及影響因素等進行了仿真分析，旨在驗證液壓回收系統設計方案的可行性。

關鍵詞： AMEsim;剎車能;系統仿真

基金項目：西安思源學院科研資助項目（XASY-B1911）

由于裝載機特定的作業環境和作業程序，需要完成頻繁的前進、倒退、轉向、剎車等運動，造成能量損失嚴重，如果能將這部分能量回收再利用，必將節省大量的能量[1]。本文采用綜合仿真平臺AMEsim軟件對安裝有剎車能回收系統的輪式裝載機進行車輛整體建模，包括傳動系統的建模和能量回收系統的建模，并在不同的工作模式下分別進行仿真分析，驗證所設計的剎車能回收系統的效果。

裝載機行走系統系統建模及仿真

ZL50裝載機行走系統建模

裝載機作業時剎車性能仿真分析

裝載機在一個循環作業中包括：駛向料堆，剎車減速，鏟裝完畢，后退，減速停止，掉轉方向，駛向運載車，剎車停止，卸貨，后退到原來位置，完成一個作業循環，設定剎車時間為5秒，在剎車時，離合器斷開，發動機不在為裝載機提供動力。

由圖2可知，在作業情況下，特別是剎車過程中，加速度變化不穩定，振動幅度較大，這是由于裝載機整機質量比較大，而在剎車過程中，突然施加制動力矩造成的，整個過程需要剎車時間比較短，剎車后位移變化幅度比較小。

剎車能量回收系統建模

首先利用AMEsim軟件建立剎車能回收系統的液壓元件模型，包括二次元件，變速箱，各種閥和蓄能器[2]。然后將剎車能回收系統并聯到輪式裝載機傳動系統中，耦合器采用齒輪系統來模擬，可以得到輪式裝載機剎車能回收仿真圖。

能量回收系統相關仿真結果

設定裝載機啟動時間為5秒，電磁離合器“合”的時間為5秒，二次元件為泵的工況，在仿真圖中，依靠蓄能器進行剎車，并通過二位二通閥控制另一個蓄能器不參與工作，調定控制二位二通閥打開的時間同樣為5秒。即在裝載機依靠發動機起步后5秒進行剎車，首先定義蓄能器的充氣壓力為18MPa時。

裝載機剎車性能仿真

由上面兩幅圖可以看出，在7.8秒附近速度降為了零，提高蓄能器壓力，可以縮短剎車時間和剎車距離，但是過高的壓力會降低液壓元件的使用壽命，所以選擇合適的蓄能器壓力是剎車能回收系統的關鍵因素。

能量釋放驅動能力仿真

裝載機利用剎車能回收系統剎車后釋放能量的過程，實線部分代表速度曲線，虛線部分代表加速度曲線，可見在蓄能器釋放過程中，自12秒之后，速度上升速度明顯增大，這是因為蓄能器和發動機的能量耦合到了一起，共同為裝載機提供動力。在釋放過程中，加速度出現震蕩，這是由于動力耦合后出現的問題，如何讓剎車能回收系統和發動機的動力達到完美耦合，也是此項剎車能回收技術研究的重點。而位移曲線則相對比較平穩。在剎車后，車的位移變動不大，剎車距離比較理想。

結論

本文并建立了裝載機的仿真模型，設置了相關參數，建立了剎車能回收系統模型，并與整車模型相結合。在AMEsim軟件中分析了剎車性能，對不用初始壓力下的能量回收進行了比較，指出了影響因素和原因。并對蓄能器的能量釋放能力和啟動車輛的能力進行了相關仿真。結果表明，本文設計的方案是可行的。

參考文獻

東鑫淵.礦用井下裝載機變速器的總成性能試驗研究[J].民營科技，2018，4：52–53.

趙金祥.液壓節能汽車制動能量回收及動態調節策略研究[D].長春：吉林大學，2009.