基于AMESim的液压机械手负载敏感系统仿真研究

　　目前，国内机械手的发展方向主要是逐步扩大机械手应用范围，重点从生产和应用的角度出发，结合我国国情，加快投入生产结构简单、成本低廉且节能实用的机械手，以减轻工人的劳动强度，并改善作业条件。而液压机械手由液压作为动力，利用电液比例控制作为控制手段，具有很大的抓举能力;其特点是结构紧凑、动作平稳且位置精度高，力、速度、位置和方向容易实现自动控制，防锈性、自润滑性能、耐冲击性、耐震动和防爆性能较好^[1];而作为传动能力优异的液压系统，其节能设计是主要问题。国内液压机械手多采用传统的液压系统进行简单的操作，即可达到工作要求。但传统液压系统有很多不足，由于其大多采用定量泵，输出的流量不变，当系统要求低流量时，多余的流量就通过溢流调节的方式流回油箱，空载时也是如此，所以节流损失很大;同时液压系统的传动效率只有60% ~ 70%。在机械手的液压系统中，有几个手臂配合工作，每个手臂液压缸需要的压力和流量都不一样，所以负载敏感在机械手上有着很高的应用价值。

　　1　机械手液压系统的负载敏感系统构成

　　负载敏感多路阀是将多个比例阀片、压力补偿阀和梭阀集中到一个大的阀块中，配合负载敏感泵组成一个负载敏感液压系统，并利用节流调速和容积调速配合的方式，对系统进行节能控制。它主要借助负载敏感技术和压力补偿技术，使泵驱动多个工作装置，同时满足各个负载的压力和流量的需要，并且各动作间互不影响，独立工作。机械手负载敏感控制系统液压原理如图1所示^[2]，它由比例方向阀、负载敏感泵、梭阀、压力补偿阀、液压缸及马达等组成。

　　1.1　负载敏感泵工作原理

　　负载敏感泵主要是由负载敏感阀、压力切断阀和变量缸组成，如图2 所示^[3]。

　　负载敏感泵是通过敏感阀芯的位移变化量使液压泵斜盘倾角产生变化，从而使流量和压力发生变化，并在它们之间组成一个反馈回路。

　　液压泵启动前，在变量液压缸弹簧的作用下，变量泵的排量最大。当液压泵开始工作时，比例方向阀处在中位状态，Ls 反馈过来的压力与油箱压力基本相等;敏感阀下端仅受弹簧力的作用，上端承受泵的出口压力，液压泵的出口压力通过敏感阀进入变量液压缸的敏感腔，使变量泵的斜盘角度逐渐变小，直到只能维持系统的泄漏量对应的角度为止。当比例方向阀处于工作位置时，Ls 反馈的最高负载压力和变量泵的出口压力相比，通过压差和弹簧力间的关系控制敏感阀芯的位移，从而达到控制变量液压缸敏感腔的压力，最终满足一定压力下需求的流量。如果由于其他原因导致压力大于压力切断阀的调定压力时，压力将通过切断阀时进入敏感腔，从而使变量泵的斜盘角度达到最小，以此即可避免溢流损失。