基于AMESim的两相交流液压系统的设计仿真――947解读

液压气动与密封/2010年第6期基于AMESim的两相交流液压系统的设计仿真王彪赵静一曾辉曹文熬(燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室,河北秦皇岛066004摘要:利用AMESim软件,建立两相交流液压系统模型进行仿真,得到系统的特征曲线,研究其动态特性,分析交流液压的优越性及在工程、矿山机械中应用的可行性并展望交流液压的发展前景。关键词:AMESim;交流液压;仿真中图分类号:TH137文献标识码:A文章编号:1008-0813(201006-0008-02DesignSimulationofaTwo-phaseAlternativeHydraulicSystemBasedonAMESimWANGBiaoZHAOJing-yiZENGHuiCAOWen-ao(HebeiKeyLaboratoryofHeavyMachineryFluidPowerTransmissionandControl,YanShanUniversity,Qinhuangdao,066004,ChinaAbstract:BasedonAMESim,atwo-phasesalternativehydraulicsystemcouldbebuiltupandsimulated,andthesystemcharacteristiccurvecouldbedrawn,tostudyitsdynamiccharacteristics,analyzetheadvantagesandfeasibilityusedinengineering,miningmachineryandlookaheaditsdevelopmentprospects.KeyWords:AMESim;alternativehydraulic;simulation0引言振动设备被普遍应用在冶金、矿业、工程机械等领域,一般实现振动的方法是使用偏心轮或者是弹簧机构,这些机构存在运行不稳定,噪声大,只能实现简单动作,不容易控制等问题。交流液压系统是利用控制阀口的方向和流量,使一路液流或多路液流进行叠加,以产生交变或者脉动的液流,推动负载往复运动或者振动的系统。交流液压不仅具有直流液压所具有的如单位功率重量低、平稳可靠、自身润滑等优点外,在作为振动输出时,它还具有频率高、功率大、推力大以及可以实现复杂运动形式等优点。交流液压系统根据液流的相数不同,分为单相、两相和多相交流液压系统。由于系统的泄漏,压力冲击,效率等问题还有待于改善,所以对该系统的实验研究显得尤为重要。下面就两相交流液压系统进行设计及仿真,研究系统的特性。1两相交流液压系统的设计1.1液压系统的设计方案两相交流液压系统原理如图1所示,主要由油源,比例换向阀,双作用液压缸,蓄能器,开关阀和单向阀等组成。利用控制器编程给比例换向阀输入相位相差180°的正弦信号,使两个工作油路产生相位差为180°的液流,两个液压缸做相对反向运动,利用蓄能器充当工作负载,并提供回程工作压力,使两个液压缸往复周期运动。油源调定工作压力为4MPa,调定蓄能器处的溢流阀压力为8MPa,用做安全阀。图1两相交流液压试验台系统原理图1-比例换向阀2-双作用液压缸3-蓄能器4-开关阀5-单向阀1.2控制系统和数据采集控制系统如图2所示。选择EPEC2024控制器,该控制器具有PWM输出,通过计算机给控制器编制程序,控制液压系统的各个阀动作,数据采集卡对系统中的压力,温度和液压缸活塞杆的加速度和位移进行采集,传入计算机,计算机对采集的数据进行记录、处理和分析。图2系统控制和数据采集示意图收稿日期:2009-10-31作者简介:王彪(1985-,男,河北张家口人,硕士研究生,就读于河北燕山大学机械工程学院机械电子工程专业,主要研究方向为机电控制系统。8HydraulicsPneumatics&Seals/No.6.20102两相交流液压系统的仿真研究2.1系统的模型建立利用AMESim软件建模仿真可分为四步:①元件选择及连接;②为所有元件选择元件子模型;③仿真参数的设定;④设定仿真时间及步长进行仿真。仿真模型如图3所示。图3AMESim仿真模型2.2仿真参数设定在AMESim中所有模型都被参数化,如蓄能器的容量、预置压力,液压缸的缸径、活塞杆径、行程,到油液粘滞摩擦系数、型号等等,都以参数形式设定。本文在仿真过程中根据两相交流液压系统实际模型,试验所得数据,计算,设定主要参数,其他则保留模型默认设定。主要设定参数为:液压缸缸径为40mm,活塞杆径为25mm,活塞行程为300mm,油源调定压力为4MPa,两个正弦信号相位相差为180°,频率为1Hz,幅值为150,蓄能器容量为4L,预置压力为4MPa,单向阀开启压力为0.05MPa,溢流阀调定压力为8MPa。2.3仿真结果分析两液压缸往复运动位移曲线,如图4所示,两液压缸做行程为41mm的往复运动,由于给两个比例换向阀输入的电信号相位相差180°,所以两液压缸运动图4两液压缸往复运动位移曲线相差半个周期,两液压缸做反向运动。两液压缸无杆腔油口流量变化曲线如图5所示,其流量变化周期为1s,相位相差180°。蓄能器流量曲线如图6所示,由于系统在刚启动时,其内部管路的油液压力较小,所以蓄能器流量曲线在启动时变化剧烈,0.5s之后波形呈规律变化。两相液压系统相位相差180°,其叠加结果表现在蓄能器流量变化频率增大为原正弦信号频率的2倍,即2Hz。图5两液压缸无杆腔油口流量变化曲线图6蓄能器流量曲线3结论在AMESim软件仿真的基础上对两相交流液压系统进行设计,证实了此交流液压系统的可行性,试验台搭建的可操作性,为交流液压系统的进一步的试验研究提供了理论依据。实践证明,交流液压技术是促进工程、冶金、矿山机械发展的先进技术,各种液压振动装置已付诸实践。随着其理论,试验研究逐渐完善,其应用范围将越加广泛。参考文献[1]雷天觉.新编液压工程手册[M].北京:北京理工大学出版社,2005.[2]赵静一,王巍,姚成玉,等.交流液压技术的研究现状及展望[J].中国工程机械学报,2003,1(1:112-116.[3]庄风赞.交流液压的原理与应用[J].机床与液压,1978(2:1-9.[4]王积伟,王雁.液压交流流量发生器动态设计[J].南京工学院学报,1985(4:1-3.[5]赵静一,王益群.交流液压技术的工作原理及其应用和发展[J].液压与气动,1998(3:11-13.[6]高伟,姚进.基于AMESim的节能型液压抽油机设计仿真[J].液压气动与密封,2009(3:34-37.[7]郑小军,陶薇.基于AMESim的液压挖掘机运动及控制仿真[J].液压气动与密封,2009(2:24-26.9