基于AMEsim的淬火爐液壓系統(tǒng)研究

摘 要：基于AMEsim的液壓系統(tǒng)仿真能簡化設(shè)計環(huán)節(jié)，提高系統(tǒng)的可靠性，本文在淬火爐設(shè)計中計算得出淬火爐相應(yīng)的參數(shù)及運行數(shù)據(jù)后，通過AMEsim建模仿真達(dá)到與實際系統(tǒng)運行的效果，在仿真中賦予一個可計算得值，然后將仿真結(jié)果和數(shù)字計算結(jié)果做對比，從而證明系統(tǒng)設(shè)計的正確性和可靠性。

關(guān)鍵詞：AMEsim；淬火爐；換向閥；仿真曲線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.214

1 引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)要求液壓機(jī)械設(shè)備以及機(jī)電液一體化技術(shù)的綜合性能越高，可靠性的要求也越高，從而對液壓控制系統(tǒng)的性能和精度要求等更高，液壓系統(tǒng)設(shè)計方法僅滿足設(shè)備工作循環(huán)和滿足靜/態(tài)特性設(shè)計和性能已經(jīng)嚴(yán)重過時。動態(tài)特性分析和采用動態(tài)的液壓機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計需要運用計算機(jī)仿真技術(shù)，計算機(jī)液壓機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)特性仿真研究已拓展到實際應(yīng)用環(huán)節(jié)。計算機(jī)仿真技術(shù)的AMEsim軟件應(yīng)用可以預(yù)測系統(tǒng)設(shè)計性能，縮短系統(tǒng)設(shè)計周期，降低系統(tǒng)成本，通過仿真系統(tǒng)進(jìn)行整體分析和評估，最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性得以提高。

2 淬火爐結(jié)構(gòu)

淬火爐的頂蓋是由一個單作用缸提起。淬火爐頂升液壓缸實物圖如圖1所示，這個液壓缸用一個二位三通閥控制。將一個500Kg負(fù)載加在活塞桿上模擬重物，測量并計算以下參數(shù)。

（1）行程壓力、負(fù)載壓力、阻力和背壓。

（2）前進(jìn)行程速度和時間。

為了使仿真更具有針對性，設(shè)置一些仿真的具體參數(shù)。等仿真完成后，用戶可以看到仿真的結(jié)果和實際系統(tǒng)的運行結(jié)果，是否數(shù)值一致。

參數(shù)設(shè)置如下：負(fù)載MG=500kg，活塞直徑D1=50mm，活塞桿直徑d1=30mm，行程L=500mm，泵的流量q=10L/min。

通過預(yù)設(shè)的參數(shù)值可以計算出系統(tǒng)的主要參數(shù)如下：

要進(jìn)行仿真，先得有回路原理圖，我們設(shè)計的回路原理圖如圖2所示。單作用液壓缸上升通過二位三通閥實現(xiàn)供油，下降靠外力和換向閥方向切換實現(xiàn)，不需要油液供油來下降。

3 建模仿真參數(shù)設(shè)置

要使仿真結(jié)果和實際系統(tǒng)運行結(jié)果接近，系統(tǒng)每個元件的參數(shù)都要和實際運行工況相一致。因此，系統(tǒng)的搭建僅是第一步，更重要的是參數(shù)的設(shè)置。根據(jù)工作原理構(gòu)建液壓系統(tǒng)AMEsim仿真建模如圖3所示。

元件1是電動機(jī)，元件2是液壓泵，泵在電動機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)，因此泵的排量乘以泵的轉(zhuǎn)速，共同作用產(chǎn)生了流量，泵的流量為10L/min，因此設(shè)置泵得排量為10mL/r，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1000r/min，流量就是10L/min。元件3是溢流閥，設(shè)置其參數(shù)為默認(rèn)值。元件4為帶彈簧的單向閥，選用Rexroth產(chǎn)品，單向閥選為6通徑，流量為10L/min時，壓差為3bar。設(shè)置元件4的參數(shù)corresponding pressure drop為3bar，check valve cracking pressure設(shè)置為0.5bar。5號元件是管道，采用管路直徑為6mm，管道長度為0.5m，管道壁厚為2.5mm。6號元件是換向閥，選擇電控式，6通徑的換向閥最大流量為60L/min，滿足泵的最大流量10L/min的需求。7號元件設(shè)定的是對換向閥的控制信號。進(jìn)入?yún)?shù)模式，雙擊元件6，彈出change parameters對話框，打開中部parameters表中的valve characteristics，閥全開的電流信號為40mA或0mA信號，參數(shù)設(shè)置如圖4所示，曲線圖如圖5所示。

元件8為液壓缸，設(shè)置參數(shù)piston diameter為50，rod diameter為30，length of stroke為0.5，total mass being moved為500，angle rod makes with horizontal為90，spring rate為0。其中angle rod makes with horizontal比較重要，該參數(shù)保證液壓缸豎直放置。Spring rate設(shè)置為0，保證有桿腔彈簧剛度為0。通過上面?zhèn)€元件的功能分析，最終設(shè)置的參數(shù)結(jié)果如表1所示。

4 運行仿真

選擇元件8，繪制端口1上的壓力曲線如圖6所示選擇PLOT窗口中的工具欄按鈕show the temporal cursor coordinates 。拖動控制柄到大約如圖7所示位置，從圖中可以看出，系統(tǒng)壓力，縱坐標(biāo)大致為25bar，與公式1計算結(jié)果一致。

活塞桿的速度曲線如圖8所示。用拖動控制柄的方法，可得穩(wěn)定速度大致為0.085m/s，與計算結(jié)果（2）一致。

對于全行程運行時間，經(jīng)過對曲線進(jìn)行處理后如圖9所示，當(dāng)y2、y1為0時，x的差值為5.9s，與計算結(jié)果（3）一致。

5 結(jié)論

通過AMESim對淬火爐液壓系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，結(jié)論如下：

（1）AMESim建立的液壓監(jiān)測裝置產(chǎn)生的數(shù)據(jù)仿真圖形更加直觀的對淬火爐液壓系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析處理，仿真所得的動態(tài)壓力速度時間曲線可靠，數(shù)據(jù)更新方便，操作重復(fù)率低，最終使系統(tǒng)研究效率得以提高。

（2）根據(jù)所要研究的淬火爐工作系統(tǒng)，AMESim進(jìn)行液壓系統(tǒng)建模仿真，系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要，結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理設(shè)置決定著各個元件子模型能否正常仿真，該系統(tǒng)經(jīng)過前期液壓理論計算分析的基礎(chǔ)上對各個子模型參數(shù)設(shè)置、仿真，結(jié)果分析并修改參數(shù)是貫穿于整個仿真過程。

（3）經(jīng)過一系列建模，仿真，結(jié)果顯示該系統(tǒng)是可靠的，與實際的理論數(shù)據(jù)相適應(yīng)。基于AMESim的淬火爐系統(tǒng)仿真研究具有一定的優(yōu)越性，需要復(fù)雜實驗才能分析所得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過可靠的模擬仿真動態(tài)曲線直接得出結(jié)果，對液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計功能強(qiáng)大，進(jìn)一步拓展AMESim在液壓領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁曉娟.基于AMESim三位四通閥動態(tài)仿真研究[J].煤礦機(jī)電，2009（05）：34-36.

[2]李明飛，吳勇，田野，徐保強(qiáng).基于AMESim的帶阻尼調(diào)節(jié)器的電液換向閥仿真研究[J].液壓與氣動，2015（02）：79-81.

[3]蘇明，陳倫軍.基于AMESim的電磁高速開關(guān)閥動靜態(tài)特性研究[J].液壓與氣動，2010（02）：68-72.

[4]馮靜，李衛(wèi)民，甘元強(qiáng).基于AMESim的溢流閥動態(tài)特性研究[J].機(jī)械工程師，2009，（9）：41-43.

[5]陳陽國，曾良才，呂敏建.基于AMESim的液壓位置伺服系統(tǒng)故障仿真[J].機(jī)床與液壓，2007，35（09）：215-216，219.

[6]孫成通，陳國華，蔣學(xué)華，韓虎.液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)與仿真軟件研究[J].機(jī)床與液壓，2008，36（10）：140-143.

[7]張燕.國外聲波鉆機(jī)及其應(yīng)用[J].探礦工程：巖土鉆掘工程（巖土鉆掘工程），2008，35（07）：105-107.

[8]秦貞超，周志鴻，周梓榮，馬肖麗.基于AMESim的水壓鑿巖機(jī)沖擊機(jī)構(gòu)建模與仿真[J].液壓氣動與密封，2010，30（12）：30-34.

作者簡介：趙亞英（1976-），女，工程碩士，副教授，主要研究方向：機(jī)電液綜合控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用與研究。