基于AME Sim的液壓加載系統(tǒng)設(shè)計與仿真

張曉菊 王維娜

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

關(guān)鍵詞：AME Sim；液壓加載系統(tǒng)；仿真

1 液壓加載系統(tǒng)的總體設(shè)計原理

液壓加載系統(tǒng)主要由液壓缸、球絞、液壓泵站、工控機、反力架構(gòu)成[1]。對液壓加載系統(tǒng)的檢驗檢測，主要是結(jié)構(gòu)靜力學加載測試。技術(shù)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(tài)。這種狀態(tài)下，液壓加載系統(tǒng)的電壓水平較低，本身不產(chǎn)生負荷，液壓缸活塞位置較低，系統(tǒng)的噪聲現(xiàn)象和發(fā)熱現(xiàn)象微弱[2]。（2）高壓加載狀態(tài)。這種狀態(tài)下，液壓加載系統(tǒng)的電壓水平較高，液壓缸的活塞處于快速運動當中，可以產(chǎn)生較大的加載力和位移，運行的噪聲較大，發(fā)熱現(xiàn)象明顯。

以此可以看出，液壓伺服加載系統(tǒng)，主要的動力來源是液壓泵站，技術(shù)人員通過工控裝置，完成對液壓加載系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，力傳感器根據(jù)設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生相應的位移，控制液壓加載系統(tǒng)伺服閥門的開口大小和開口時間，從而自動調(diào)節(jié)進入液壓缸的油料數(shù)量，完成對設(shè)備載荷和位移的控制。總的來說，液壓加載系統(tǒng)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(huán)往復，完成對設(shè)備的控制[3]。

2 液壓加載系統(tǒng)設(shè)計與仿真系統(tǒng)存在的問題

2.1 傳統(tǒng)檢驗效率低

目前，液壓加載系統(tǒng)設(shè)計與仿真過程主要運用傳統(tǒng)的檢驗方式，技術(shù)水平比較落后，技術(shù)人員主要通過類比法與參數(shù)法，對液壓加載系統(tǒng)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(shè)計與仿真技術(shù)人員，對二次優(yōu)化過程不夠重視

液壓加載系統(tǒng)在從低壓空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)換到高壓加載狀態(tài)時，會出現(xiàn)液壓元件的損壞，并引起系統(tǒng)的振動和噪聲的加劇，很多技術(shù)人員沒有將這一缺陷當作仿真設(shè)計實驗的內(nèi)容，導致液壓加載系統(tǒng)的缺陷長期得不到解決。

2.3 殘留的高壓油液影響系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性

液壓加載系統(tǒng)關(guān)閉之后，液壓泵內(nèi)殘留著一些高壓油液，這些高壓油液會對系統(tǒng)的元件產(chǎn)生沖擊，影響了系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。很多技術(shù)人員沒有充分考慮到這一點。

3 基于AME Sim的液壓加載系統(tǒng)設(shè)計與仿真優(yōu)化

3.1 AME Sim建模與仿真

3.1.1 AME Sim平臺的優(yōu)勢

應用AME Sim這一系統(tǒng)建模仿真平臺，對液壓加載系統(tǒng)的元件進行設(shè)計與仿真優(yōu)化，有以下明顯作用。（1）提高參數(shù)設(shè)置的精度，對元件的具體參數(shù)進行檢驗，保障液壓系統(tǒng)設(shè)計方法滿足市場的需求，向高性能、高穩(wěn)定性、高精準度的方向發(fā)展。（2）AME Sim這一系統(tǒng)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(shè)計環(huán)節(jié)就對產(chǎn)品的性能進行檢驗，避免大規(guī)模生產(chǎn)造成的資源浪費。（3）AME Sim可以良好地掌握液壓加載系統(tǒng)元件的動態(tài)性能與靜態(tài)性能，提高設(shè)計的有效性，縮短設(shè)計更改的周期，將設(shè)計成果更快地投入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)計方案整改的成本，提高液壓伺服加載系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性。

3.1.2 整體建模

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

3.1.3 參數(shù)檢驗

在AME Sim系統(tǒng)建模仿真平臺完成了整體建模之后，技術(shù)人員要對液壓加載系統(tǒng)進行參數(shù)檢驗，在AME Sim系統(tǒng)建模仿真平臺中輸入?yún)?shù)，觀測液壓加載系統(tǒng)運行中的參數(shù)變化，對參數(shù)進行調(diào)整和最終確定。首先，將AME Sim系統(tǒng)建模仿真平臺調(diào)整到參數(shù)模式，對液壓加載系統(tǒng)的元件進行參數(shù)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(shù)進行數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)挖掘，檢驗參數(shù)中的錯誤值，對誤差大的數(shù)據(jù)進行單獨分析，將無效的數(shù)據(jù)及時剔除，減少AME Sim系統(tǒng)建模仿真平臺中的數(shù)據(jù)冗余，提高參數(shù)設(shè)置的有效性。最后，技術(shù)人員要根據(jù)液壓加載系統(tǒng)元件的主要指標性能，對照實際運行中的狀態(tài)觀測結(jié)果，進行最終參數(shù)設(shè)置。例如，動力傳感器的初始值為零，技術(shù)人員根據(jù)觀測結(jié)果，可以將傳感器的輸出信號增益設(shè)置為100，并按照這個參數(shù)，將整個液壓加載系統(tǒng)的增益參數(shù)調(diào)整為100。

3.2 基于AME Sim的液壓加載系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

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

3.3 液壓加載系統(tǒng)的最終設(shè)計方案

從表1數(shù)據(jù)可以看出，改進措施有效降低了液壓加載系統(tǒng)進入高壓加載狀態(tài)時，元件承受的沖擊力，緩解了系統(tǒng)關(guān)閉之后，液壓缸的高壓油液殘留問題，系統(tǒng)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(tǒng)運行過程中，振動和噪聲現(xiàn)象減弱。說明此次改進措施有效。

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

4 結(jié)語

綜上所述，技術(shù)人員要充分利用AME Sim這一系統(tǒng)建模仿真平臺，檢驗產(chǎn)品的參數(shù)是否能夠達到設(shè)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(tǒng)設(shè)計與仿真，有助于技術(shù)人員從問題的角度出發(fā)，看到目前設(shè)計與仿真的缺陷，有針對性地進行參數(shù)檢驗與仿真設(shè)計方案調(diào)整。因此，技術(shù)人員要加強對AME Sim系統(tǒng)建模仿真平臺的理論學習，并在設(shè)計與仿真實踐中，探索優(yōu)化液壓加載系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)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(tǒng)的研究[D].上海：上海應用技術(shù)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(tǒng)設(shè)計與仿真[J].機床與液壓，2014（2）：51-53，32.