坦克抢救车液压系统故障仿真与分析

本例采用AMESim仿真软件对某型坦克抢救车作业装置液压系统进行建模，仿真出典型故障情况下的液压系统动态特性曲线图，得出故障的特征信息，并依此对故障进行分析。

1.建立仿真模型

AMESim仿真软件是法国IMAGINE公司开发的一种高级建模仿真软件，其为流体、机械、控制等工程系统提供了一个较完善的综合仿真环境。它采用基于物理模型的图形化建模方式，使得用户可以从繁琐的数学建模中解放出来，从而专注于物理系统本身。

在AMESim环境下建模，需要依次完成草图模式（Sketch Mode）、子模型模式（Subm-odel Mode）、参数模式（Parameter Mode）和运行模式（Run Mode）四步。在搭建草图模式时，首先根据实际的液压回路，直接调用AMESim应用库中合适的元件模块，对于专用元件，可根据元件结构和原理利用液压元件设计库（HCD）的基本模型来构建。

某型坦克抢救车列装时间长，是典型的装甲保障装备。它分别通过一个三路阀和一个四路阀来操控牵引、驻铲以及起重三大功能，其中牵引包括主绞盘和副绞盘两支路；驻铲可以铲土，同时为抢救作业时提供支撑点；起重包括吊钩升降、吊臂伸缩、变幅、回转四条支路。该型坦克抢救车AMESim模型如图4-50所示，其中三路阀、四路阀作为车辆专用阀，结构复杂，难于用HCD实现，因此用一个三位四通阀、一个二位三通阀和一个二位二通阀组合模拟其功能，如图4-51所示，并创建超级元件代替该复杂的多路阀模型，使得系统模型更简洁、更贴近实际工作原理图。

图4-50 某型坦克抢救车作业装置液压系统AMESim模型图

在图4-51b三路阀模型中，当没有信号时，二位三通阀处于右位，液压油从图中油口1流经油口3进入下一路，此即模拟三路阀处于中位的工况。当有信号时，二位三通阀处于左位，液压油经油口1顶开单向阀流到三位四通阀的P口，此时，若信号为正值，则三位四通阀处于左位，液压油经油口5流入执行元件，回油经油口4顶开单向阀由油口3进入下一路阀的中位，最终回油箱，此为模拟三路阀左位，即推手柄的工况；若输入信号为负值，则模拟三路阀右位，即扳手柄工况。

四路阀模型与此相同，仅在模拟推手柄和扳手柄时，信号正负与三路阀相反。

系统草图模式完成后，为每个元件和连线设定子模型，并根据实际情况设置液压件和液压油的参数，之后便可进入运行模式，通过仿真不断修正优化模型。

图4-51 三路阀AMESim模型图

2.仿真得出的故障特征曲线图及分析

（1）吊臂举落工况 对举臂支路进行仿真，此时令三路阀中第三路阀的输入信号为+40mA，四路阀中第一路阀的输入信号如图4-52所示，即模拟缓慢推手柄至最大开口量稳定5s，再缓慢松开手柄回中位停留2s，之后缓慢扳手柄稳定5s，再松开手柄回中位，这就是抢救车实际作业时吊臂举起、停住、再落下的过程。另外其他输入信号均为常值0。负载质量m=2000kg，即吊臂空载，系统安全阀的开启压力为29.4MPa。

通过仿真得到吊臂举落过程的速度、位移、系统压力变化时域曲线分别如图4-53～图4-55所示。从图中可以看出，吊臂举起近0.4m停住，之后缓慢落下，由于平衡阀的阻尼和背压，落臂时系统压力较大，但速度明显快于举臂，因此仿真时间到27s时吊臂就落到初始位置，由于此时输入信号仍为扳手柄落臂，所以系统增压至安全阀开启，而吊臂的速度和位移降为0。从这个过程来看，该仿真模型能够正确反映真实系统的运动规律。

图4-52 输入信号时域图

图4-53 吊臂运动速度时域图(www.xing528.com)

图4-54 吊臂位移时域图

图4-55 系统压力变化时域图

（2）平衡阀控制油路堵塞的故障 在实际作业中，举臂液压缸平衡阀控制油路的小阻尼孔（孔径约1mm）很容易被堵塞，使得平衡阀打不开，造成吊臂举起后不能下落的故障。为模拟该典型故障，作者在图4-50模型的基础上，于举臂液压缸平衡阀的控制油路上添加一个固定节流口并设置其孔径为0.4mm。通过仿真得出该故障情况下，吊臂运动速度、位移及系统压力变化时域曲线如图4-56～图4-58所示。从图中可以看出，平衡阀控制油路堵塞对举臂工况没有影响，但当输入信号为扳手柄落臂时，吊臂的位移基本没有变化，这说明吊臂不能下落，此时吊臂出现振颤，系统增压至安全阀开启。

图4-56 平衡阀控制油路堵塞时吊臂运动速度时域图

图4-57 平衡阀控制油路堵塞时吊臂位移时域图

仿真得出液压缸泄漏对系统影响规律曲线对系统泄漏控制研究起到很大作用。图4-59～图4-61为液压缸泄漏系数是0和1（L/min）/bar（1.67×10^-5（m³/s）/Pa）两种情况下（分别用实线、虚线表示），吊臂运动速度、位移及系统压力变化时域曲线。从图中可以看出，当液压缸泄漏增加时，吊臂位移减小，落臂的速度明显减小，当吊臂落回初始位置后，即使继续扳手柄落臂，系统压力也不会上升至安全阀开启。

图4-58 平衡阀控制油路堵塞时系统压力变化时域图

图4-59 举臂液压缸泄漏对吊臂运动速度的影响

图4-60 举臂液压缸泄漏对吊臂位移的影响

图4-61 举臂液压缸泄漏对系统压力的影响