基于AME Sim的液壓加載系統設計與仿真

張曉菊 王維娜

摘 要：設計與仿真是目前優化液壓加載系統科學性的主要方式之一。文章首先分析了液壓加載系統的總體設計原理。其次，分析了目前設計與仿真系統存在的問題。最后，針對這些問題，提出優化液壓加載系統科學性的有效對策，并利用AME Sim對仿真結果進行檢驗，促進設計方案的合理化改進。

關鍵詞：AME Sim；液壓加載系統；仿真

1 液壓加載系統的總體設計原理

液壓加載系統主要由液壓缸、球絞、液壓泵站、工控機、反力架構成[1]。對液壓加載系統的檢驗檢測，主要是結構靜力學加載測試。技術人員采用信號采集輸出的方式，用反力架做支撐，控制液壓加載裝置。液壓加載裝置的運行壓力分為兩種。（1）低壓空載狀態。這種狀態下，液壓加載系統的電壓水平較低，本身不產生負荷，液壓缸活塞位置較低，系統的噪聲現象和發熱現象微弱[2]。（2）高壓加載狀態。這種狀態下，液壓加載系統的電壓水平較高，液壓缸的活塞處于快速運動當中，可以產生較大的加載力和位移，運行的噪聲較大，發熱現象明顯。

以此可以看出，液壓伺服加載系統，主要的動力來源是液壓泵站，技術人員通過工控裝置，完成對液壓加載系統的參數設置，力傳感器根據設定的參數產生相應的位移，控制液壓加載系統伺服閥門的開口大小和開口時間，從而自動調節進入液壓缸的油料數量，完成對設備載荷和位移的控制。總的來說，液壓加載系統的工作流程為：工控機—伺服閥（液壓泵站）—液壓缸—負載—力傳感器（位移傳感器），如此循環往復，完成對設備的控制[3]。

2 液壓加載系統設計與仿真系統存在的問題

2.1 傳統檢驗效率低

目前，液壓加載系統設計與仿真過程主要運用傳統的檢驗方式，技術水平比較落后，技術人員主要通過類比法與參數法，對液壓加載系統高的元件性能進行檢驗，檢驗的周期比較長，耗費的時間精力和物力成本比較大，檢驗的效率比較低。

2.2 很多設計與仿真技術人員，對二次優化過程不夠重視

液壓加載系統在從低壓空載狀態，轉換到高壓加載狀態時，會出現液壓元件的損壞，并引起系統的振動和噪聲的加劇，很多技術人員沒有將這一缺陷當作仿真設計實驗的內容，導致液壓加載系統的缺陷長期得不到解決。

2.3 殘留的高壓油液影響系統運行的安全性與穩定性

液壓加載系統關閉之后，液壓泵內殘留著一些高壓油液，這些高壓油液會對系統的元件產生沖擊，影響了系統運行的安全性與穩定性。很多技術人員沒有充分考慮到這一點。

3 基于AME Sim的液壓加載系統設計與仿真優化

3.1 AME Sim建模與仿真

3.1.1 AME Sim平臺的優勢

應用AME Sim這一系統建模仿真平臺，對液壓加載系統的元件進行設計與仿真優化，有以下明顯作用。（1）提高參數設置的精度，對元件的具體參數進行檢驗，保障液壓系統設計方法滿足市場的需求，向高性能、高穩定性、高精準度的方向發展。（2）AME Sim這一系統建模仿真平臺，是一種前期檢驗方式，可以將損失控制在最小，在設計環節就對產品的性能進行檢驗，避免大規模生產造成的資源浪費。（3）AME Sim可以良好地掌握液壓加載系統元件的動態性能與靜態性能，提高設計的有效性，縮短設計更改的周期，將設計成果更快地投入到生產環節，降低設計方案整改的成本，提高液壓伺服加載系統運行的安全性與穩定性。

3.1.2 整體建模

基于AME Sim系統建模仿真平臺的液壓加載系統設計與仿真模型建立，主要分為以下幾個步驟。（1）調節液壓加載系統的控制信號，在具體檢測前，對液壓加載系統的性能做出預測。（2）利用數學模型，計算液壓加載系統的增益值，對液壓加載系統的靜態特性有一個初步了解，提高設計方案的針對性，減少盲目設計造成的資源浪費。（3）對液壓加載系統的液壓缸進行模型分析，提高液壓加載系統的穩定性，檢驗其運行過程中的動態特性，并與設計方案中的模型進行對比，提高設計的穩定性與可靠性。（4）在液壓加載系統上加裝冷卻器，檢驗冷卻器工作過程中，對高壓加載狀態下的液壓加載系統的影響，通過溫度傳感器傳回的數據，分析設備溫度對液壓加載系統的運行造成的影響。（5）在液壓加載系統上加裝過濾器，減少高壓加載狀態下的運行污染。

3.1.3 參數檢驗

在AME Sim系統建模仿真平臺完成了整體建模之后，技術人員要對液壓加載系統進行參數檢驗，在AME Sim系統建模仿真平臺中輸入參數，觀測液壓加載系統運行中的參數變化，對參數進行調整和最終確定。首先，將AME Sim系統建模仿真平臺調整到參數模式，對液壓加載系統的元件進行參數分析，加強對各個元件運行指令與運行程序的掌握。其次，將觀測到的參數進行數據清洗與數據挖掘，檢驗參數中的錯誤值，對誤差大的數據進行單獨分析，將無效的數據及時剔除，減少AME Sim系統建模仿真平臺中的數據冗余，提高參數設置的有效性。最后，技術人員要根據液壓加載系統元件的主要指標性能，對照實際運行中的狀態觀測結果，進行最終參數設置。例如，動力傳感器的初始值為零，技術人員根據觀測結果，可以將傳感器的輸出信號增益設置為100，并按照這個參數，將整個液壓加載系統的增益參數調整為100。

3.2 基于AME Sim的液壓加載系統設計優化

基于AME Sim的液壓加載系統設計優化，主要是為了解決液壓加載系統在從低壓空載狀態，進入高壓加載狀態時，壓力驟增的問題，并緩解系統關閉之后，高壓油液對系統元件造成的沖擊。為此，可以進行以下嘗試。（1）伺服裝置系統模型改進?？梢試L試在原有的系統模型上，加裝一個蓄能器，以此為能量基礎，控制液壓加載系統的指向信號。（2）可以嘗試在原有的系統模型上，加裝一個電磁換向閥，控制液壓加載系統的電磁方向轉換。（3）將電磁換向閥的開關限制設定為520 s，換向閥可以根據系統運行的時間，自動化控制電磁的方向，改變液壓加載系統供油壓力曲線。（4）可以運用AME Sim系統建模仿真平臺，對改進后的液壓加載系統，進行參數檢驗與曲線對比，檢驗系統壓力驟增和驟降的情況是否得到改善。（5）系統在運行520 s，自動關停之后，技術人員要檢驗剩余壓力的釋放情況，避免液壓缸內殘留高壓油液。

3.3 液壓加載系統的最終設計方案

從表1數據可以看出，改進措施有效降低了液壓加載系統進入高壓加載狀態時，元件承受的沖擊力，緩解了系統關閉之后，液壓缸的高壓油液殘留問題，系統殘留的剩余壓力，從22 MPA下降為0 MPA，活塞位置的位移變化程度減少，系統運行過程中，振動和噪聲現象減弱。說明此次改進措施有效。

在此基礎上，技術人員可以運用AME Sim系統建模仿真平臺，對液壓加載系統的整體模型進行再次檢驗，確定設計與仿真實驗改進的最終方案，將運行的穩定性、安全性綜合考慮進去。

4 結語

綜上所述，技術人員要充分利用AME Sim這一系統建模仿真平臺，檢驗產品的參數是否能夠達到設計要求。通過本文的分析可知，研究基于AME Sim的液壓加載系統設計與仿真，有助于技術人員從問題的角度出發，看到目前設計與仿真的缺陷，有針對性地進行參數檢驗與仿真設計方案調整。因此，技術人員要加強對AME Sim系統建模仿真平臺的理論學習，并在設計與仿真實踐中，探索優化液壓加載系統科學性的對策。

[參考文獻]

[1]宋海燕，陳繼濤.基于AME Sim的液壓支架加載系統設計與研究[J].電子世界，2018（19）：16-18.

[2]朱曉剛.汽車座椅安全帶固定點強度測試液壓控制系統的研究[D].上海：上海應用技術大學，2016.

[3]施志輝，郜樂濱，湯武初，等.基于AME Sim的軸箱軸承試驗機液壓系統設計與仿真[J].機床與液壓，2014（2）：51-53，32.