基于AMESim的兩相交流液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真

1、液壓氣動(dòng)與密封 /2010年第 6期基于 AMESim 的兩相交流液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)仿真 王 彪 趙靜一 曾 輝 曹文熬(燕山大學(xué)河北省重型機(jī)械流體動(dòng)力傳輸與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 河北秦皇島 066004摘 要 :利用 AMESim 軟件 , 建立兩相交流液壓系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真 , 得到系統(tǒng)的特征曲線 , 研究其動(dòng)態(tài)特性 , 分析交流液壓的優(yōu)越性及 在工程 、 礦山機(jī)械中應(yīng)用的可行性并展望交流液壓的發(fā)展前景 。關(guān)鍵詞 :AMESim ; 交流液壓 ; 仿真中圖分類(lèi)號(hào) :TH137文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1008-0813(201006-0008-02Design Simulation of a

2、Two-phase Alternative Hydraulic System Based on AMESim WANG Biao ZHAO Jing-yi ZENG Hui CAO Wen-ao(HebeiKey Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control ,YanShan University , Qinhuangdao , 066004, ChinaAbstract:Based on AMESim, a two -phases alternative hydraulic system could be

3、 built up and simulated, and the system characteristic curve could be drawn, to study its dynamic characteristics, analyze the advantages and feasibility used in engineering, mining machinery and look ahead its development prospects.Key Words:AMESim; alternative hydraulic; simulation0引言振動(dòng)設(shè)備被普遍應(yīng)用在冶金

4、、 礦業(yè) 、 工程機(jī)械等領(lǐng) 域 , 一般實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的方法是使用偏心輪或者是彈簧機(jī) 構(gòu) , 這些機(jī)構(gòu)存在運(yùn)行不穩(wěn)定 , 噪聲大 , 只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 動(dòng)作 , 不容易控制等問(wèn)題 。 交流液壓系統(tǒng)是利用控制閥 口的方向和流量 , 使一路液流或多路液流進(jìn)行疊加 , 以 產(chǎn)生交變或者脈動(dòng)的液流 , 推動(dòng)負(fù)載往復(fù)運(yùn)動(dòng)或者振 動(dòng)的系統(tǒng) 。 交流液壓不僅具有直流液壓所具有的如單 位功率重量低 、 平穩(wěn)可靠 、 自身潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)外 , 在作為 振動(dòng)輸出時(shí) , 它還具有頻率高 、 功率大 、 推力大以及可 以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)形式等優(yōu)點(diǎn) 。交流液壓系統(tǒng)根據(jù)液流的相數(shù)不同 , 分為單相 、 兩 相和多相交流液壓系統(tǒng) 。 由于系

5、統(tǒng)的泄漏 , 壓力沖擊 , 效率等問(wèn)題還有待于改善 , 所以對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究 顯得尤為重要 。 下面就兩相交流液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及 仿真 , 研究系統(tǒng)的特性 。1兩相交流液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案兩相交流液壓系統(tǒng)原理如圖 1所示 , 主要由油源 , 比例換向閥 , 雙作用液壓缸 , 蓄能器 , 開(kāi)關(guān)閥和單向閥 等組成 。 利用控制器編程給比例換向閥輸入相位相差 180°的正弦信號(hào) , 使兩個(gè)工作油路產(chǎn)生相位差為 180° 的液流 , 兩個(gè)液壓缸做相對(duì)反向運(yùn)動(dòng) , 利用蓄能器充當(dāng) 工作負(fù)載 , 并提供回程工作壓力 , 使兩個(gè)液壓缸往復(fù)周 期運(yùn)動(dòng) 。 油源調(diào)定工作壓

6、力為 4MPa , 調(diào)定蓄能器處的 溢流閥壓力為 8MPa , 用做安全閥 。圖 1兩相交流液壓試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖1-比例換向閥 2-雙作用液壓缸 3-蓄能器 4-開(kāi)關(guān)閥 5-單向閥 1.2控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)如圖 2所示 。 選擇 EPEC 2024控制器 , 該控制器具有 PWM 輸出 , 通過(guò)計(jì)算機(jī)給控制器編制程 序 , 控制液壓系統(tǒng)的各個(gè)閥動(dòng)作 , 數(shù)據(jù)采集卡對(duì)系統(tǒng)中 的壓力 , 溫度和液壓缸活塞桿的加速度和位移進(jìn)行采 集 , 傳入計(jì)算機(jī) , 計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄 、 處理 和分析 。圖 2系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集示意圖收稿日期 :2009-10-31作者簡(jiǎn)介 :王彪 (1985-

7、, 男 , 河北張家口人 , 碩士研究生 , 就讀于河北燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè) , 主要研究方向?yàn)闄C(jī)電控制系 統(tǒng) 。8Hydraulics Pneumatics &Seals/No.6.20102兩相交流液壓系統(tǒng)的仿真研究2. 1系統(tǒng)的模型建立利用 AMESim 軟件建模仿真可分為四步 : 元件選 擇及連接 ; 為所有元件選擇元件子模型 ; 仿真參數(shù) 的設(shè)定 ; 設(shè)定仿真時(shí)間及步長(zhǎng)進(jìn)行仿真 。 仿真模型如 圖 3所示 。 圖 3AMESim 仿真模型2.2仿真參數(shù)設(shè)定在 AMESim 中所有模型都被參數(shù)化 , 如蓄能器的容量 、 預(yù)置壓力 , 液壓缸的缸徑 、 活塞桿徑

8、、 行程 , 到油 液粘滯摩擦系數(shù) 、 型號(hào)等等 , 都以參數(shù)形式設(shè)定 。 本文 在仿真過(guò)程中根據(jù)兩相交流液壓系統(tǒng)實(shí)際模型 , 試驗(yàn) 所得數(shù)據(jù) , 計(jì)算 , 設(shè)定主要參數(shù) , 其他則保留模型默認(rèn) 設(shè)定 。 主要設(shè)定參數(shù)為 :液壓缸缸徑為 40mm , 活塞桿徑 為 25mm , 活塞行程為 300mm , 油源調(diào)定壓力為 4MPa , 兩個(gè)正弦信號(hào)相位相差為 180°, 頻率為 1Hz , 幅值為150, 蓄能器容量為 4L , 預(yù)置壓力為 4MPa , 單向閥開(kāi)啟壓力為 0.05MPa , 溢流閥調(diào)定壓力為 8MPa 。2.3仿真結(jié)果分析兩液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移曲線 , 如圖 4所示

9、, 兩液壓缸做行程為 41mm 的往復(fù)運(yùn)動(dòng) , 由于給兩個(gè)比例換向 閥 輸 入 的 電 信 號(hào) 相 位 相 差 180°, 所 以 兩 液 壓 缸 運(yùn) 動(dòng) 圖 4兩液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)位移曲線相差半個(gè)周期 , 兩液壓缸做反向運(yùn)動(dòng) 。 兩液壓缸無(wú)桿腔 油口流量變化曲線如圖 5所示 , 其流量變化周期為 1s , 相位相差 180°。 蓄能器流量曲線如圖 6所示 , 由于系統(tǒng) 在剛啟動(dòng)時(shí) , 其內(nèi)部管路的油液壓力較小 , 所以蓄能器流量曲線在啟動(dòng)時(shí)變化劇烈 , 0.5s 之后波形呈規(guī)律變 化 。 兩相液壓系統(tǒng)相位相差 180°, 其疊加結(jié)果表現(xiàn)在蓄 能器流量變化頻率增大為原

10、正弦信號(hào)頻率的 2倍 , 即2Hz 。圖 5兩液壓缸無(wú)桿腔油口流量變化曲線圖 6蓄能器流量曲線3結(jié)論在 AMESim 軟件仿真的基礎(chǔ)上對(duì)兩相交流液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) , 證實(shí)了此交流液壓系統(tǒng)的可行性 , 試驗(yàn)臺(tái) 搭建的可操作性 , 為交流液壓系統(tǒng)的進(jìn)一步的試驗(yàn)研 究提供了理論依據(jù) 。實(shí)踐證明 , 交流液壓技術(shù)是促進(jìn)工程 、 冶金 、 礦山 機(jī)械發(fā)展的先進(jìn)技術(shù) , 各種液壓振動(dòng)裝置已付諸實(shí)踐 。 隨著其理論 , 試驗(yàn)研究逐漸完善 , 其應(yīng)用范圍將越加廣 泛 。參考 文 獻(xiàn)1雷天覺(jué) . 新編液壓工程手冊(cè) M.北京 :北京理工大學(xué)出 版 社 ,2005.2趙靜一 , 王巍 , 姚成玉 , 等 . 交流液壓技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望 J.中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào) ,2003,1(1:112-116.3莊風(fēng)贊 . 交流液壓的原理與應(yīng)用 J.機(jī)床與液壓 ,1978(2:1-9.4王積偉 , 王雁 . 液壓交流流量發(fā)生器動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) J.南京工學(xué)院 學(xué)報(bào) ,1985(4:1-3.5趙靜一 , 王益群 . 交流液壓技術(shù)的工作 原 理