LMS_AMESim仿真软件在液压系统中的应用_图文

1、! 3罗运俊 . 太阳能热水器原理 、 制造与施工 M . 北京:化学工业出版社, 2005:1-72.4李志国, 邵立新, 孙江宏, 等 .UGNX6中文版机械设计与装配案例教程 M . 北京:清华大学出版社, 2009.5宋志安, 于涛, 李红艳 . 机械结构有限元分析 M . 北京:国防工业出版社, 2010:22-23, 258.6陈小素, 吕先金 . 浅谈基本风压计算 J . 浙江气象, 2005(4 :26-29.7马静敏, 范云霄 . 基于 ANSYS Workbench 的太阳能热水器支架优化设计 J . 轻工机械, 2011(5 :97-101.(编辑 立明 作者简介:范云霄

2、 (1956 , 男, 教授, 主要研究方向为数控技术 、 机械设计制造与测试技术 。收稿日期:2013-12-19基金项目:四川省科技计划项目 (2013GZX0151 ; 过程装备与 控制工程四川省高校重点实验室开放基金项目 (GK201310!LMS.AMESim 仿真软件在液压系统中的应用康帅帅, 贺元成, 孟志明(四川理工学院 机械工程学院, 四川 自贡 6430000引 言 随着现代控制理论及电子计算机等科学技术的发 展,使得仿真技术已成为液压系统动态性能研究的重要 手段 。 与其它研究系统动态性能的手段和方法相比较, 仿 真技术具有精确 、 可靠 、 适应性强 、 周期短和费用低

3、等优 点 。 由于仿真技术的优势体现, 它已成为工程设计与科学 研究中必不可少的实用技术 。现有的液压仿真软件多是基于系统级的仿真,而对 于元件级的仿真功能较弱,特别是元件的结构方面的仿 真 。 LMS.AMESim 仿真软件不但可以进行系统级仿真, 而 且还可利用该软件提供的液压元件设计库对液压元件的 结构进行设计和优化 。 1LMS.AMESim 仿真软件及其基本特征LMS.AMESim 软件最初于 1995年由法国 IMAGINE 公 司推出 。 AMESim 代表 “ Advanced Modeling Environment for performing Simulation of

4、engineering systems ” , 即 “ 执行工程系统仿真的高级建模环境 ” 。 AMESim 软件原理是基于功率键合图原理发展而来,并克服了功率键合图建 模的一些缺点 。 功率键合图是一种系统动力学建模方法, 它以图形方法来表示 、 描述系统动态结构, 是对系统进行 动态数字仿真时有效的建模工具 。LMS.AMESim 仿真软件有一个标准化 、 图形化的仿 真环境 。 它具有以下特点:1 AMESim 已成为流体 、 机械 、 热分析 、 电磁及控制等复杂系统建模和仿真的优选平台 。 2 图形化物理建模方式:专注于物理系统本身的设计, 工 程技术人员建立仿真模型都是通过图形界面

5、 (GUI 来进 行的, 不用编制任何程序代码 。 3 AMESim 有极强的智能 求功能:根据使用者所建立模型的数学特性, 自动选择最 佳的积分算法,缩短仿 真 时 间 和 提 高 仿 真 精 度 。 4 AMESim 还提供了与 Matlab 、 ADAMS 等软件进行联合仿 真的接口, 具有很强的联合仿真能力 。 5 多种仿真运行模 式:动态仿真 、 连续仿真和批处理仿真等 。 6 分析工具齐 全, 方便用户分析和优化自己的系统 。 7 在数据库创建工 具中, 可以制定子模型和超级元件, 并且可以使最终用户 只能访问相关有用信息,而涉及到技术敏感性的信息可 以在发布前进行加密 。 8 A

6、MESim 为使用者提供了一个 规范化的二次开发平台 。摘 要 :AMESim 是法国 Imagine 公司推出的一套完备的面向工程设计的高级系统建模仿真和动态分析软件 。 文中对AMESim 软件及其基本特征做了介绍, 并例举了它在液压系统中的应用 。 结果表明, 应用 AMESim 建立的液压系统模 型可操作性好, 可观测性强, 仿真结果精确度高 。关键词:AMESim; 仿真技术; 液压系统 中图分类号:T H 137文献标志码:A文章编号:1002-2333(2014 03-0070-03Application of LMS.AMESim Simulation Software in

7、the Hydraulic SystemKANG Shuaishuai,HE Yuancheng,MENG Zhiming(School of Mechanical Engineering, Sichuan University of Science and Engineering, Zigong 643000, China Abstract :AMESim is a project of the French Imagine company for the complete design of advanced modeling and simulation and dynamic anal

8、ysis software. The AMESim software and its basic characteristics, and examples of its application in hydraulic system, are introduced. The results show that the hydraulic system model based on AMESim has good maneuverability, strong observability, the simulation results have high accuracy.Key words

9、:AMESim ; simulation technology ; hydraulic system仿真 /建模 /CAD /CAM /CAE /CAPP制造业信息化MA NUFACTURING INFORMATIZATION机械工程师 2014年第 3期70图 6液桥原理搭建的液压仿真系统PkM图 5移动质量块的液压 仿真系统MABT PPactuator002_2-inputdisplacement位 移 /m246810时间 /s图 2液压缸实际位移曲线actuator002_2-flowrate at port 1actuator002_2-flowrate at port 26040

10、200-20-40-60流 量 /(L m i n -1246810时间 /s图 3液压缸进出口流量曲线比较pump01-flow rate at port 2presscontro101-flow rate at port 145040035030025020015010050流 量 /(L m i n -1246810时间 /s图 4泵出口流量与溢流阀出口流量曲线比较综上说明, AMESim 软件具有强大的建模仿真能力 及便捷的可操作性 。 对于现代液压系统的设计研究人员 来说, 是仿真软件中一个非常好的实用工具 。 2AMESim 仿真软件在液压系统中的应用阀控液压缸系统仿真AMESim

11、 拥 有 一套标准且优化的应用 库,有 4500个多领域 的模型 。 这些库中包含了来自不同物理领域 预先定义好并经试验 验证的部件 。 使用者可 以在应用库中选择需 要的模块来构建复杂 系统的模型 。 AMESim 建模仿真 、 分析过程有以下 5个步骤:1 进入 sketch 模式, 选用液压库 、 机械库和信号控制库所提供模型建立如图 1所示的带位置反馈的仿真阀控 液压缸系统 。该系统原理是:给出一个特定信号和位移传感器反 馈的信号合成一个偏差,经过放大后作为三位四通电磁 换向阀的输入信号来控制其开口度,从而控制液压缸活 塞杆的往复运动 。2 点击 Premier submodel 按钮

12、, 为每个元件选择所 需要的子模型 。3 进入参数模式, 对仿真模型中每个元件设置所需 要的参数 。4 运行仿真, 设置仿真时间为 10s , 间隔时间为 0.01s , 得出仿真结果如图 2、 图 3、 图 4所示 。用惠斯登桥原理搭建三位四通控制阀AMESim 专门为液压系统建立了一个标准液压库 HYD (Hydraulic , 其中包含 120多个不同复杂程度的模 型 。 根据不同仿真系统的建立, 选取所需要的液压模型进 行搭建 。通常三位四通阀的工 作原理, 都可以把它和惠通 登桥原理联系起来分析, 有 的书称它为液桥原理 。 首 先, 在 AMESim 中运用 HYD 库建立一个能够

13、让质量块 移动的液压系统, 如图 5所 示:油路工作路线是 P-A , B-T 或 P-B , A-T 而 T 则接 回油 。 然后, 用惠斯登桥的 原理搭建三位四通控制阀, 如图 6所示 。 完 成 后 并 依 此 进 行 参 数 设 置 和 运行仿真, 仿真 时间 5s ,间隔 时 间 0.01s , 仿 真结果如图 7、 图 8所示 。通 过 图 7质 量 块 移 动 的位移曲线对比,以及图 8信号输出曲线和油缸进入口流量曲线对比分析来看, 在不考虑其它因素影响的前提下, 仿真结果是非常不错的 。 这说明用液桥原理搭建的三位 四通阀合理 。图 1AMESim 仿真阀控液压缸系统KMOTA

14、B TPMX 71机械工程师 2014年第 3期制造业信息化仿真 /建模 /CAD /CAM /CAE /CAPPMA NUFACTURING INFORMATIZATION!765432hydraulic_chamber_4_ports-pressureat port 1压 力 /M P a时间 /s图 10放大后的液压腔输出压力曲线图 9AMWSim 仿真减压阀系统模型ChChPM位 移 /mmass_friction_endstops-displacementport 1mass_friction_endstops_1-displacementport 112345时间 /s图 7移动质

15、量块位移曲线对比50403020100-10-20-30-40-50流 量 /(L m i n -1signa103_1-userdefined duty cycle output nu11sctuator002-flow rate at port 112345时间 /s图 8信号输出曲线和油缸进入口流量曲线用 HCD 库设计减压阀由于液压系统的元件的多式多样,标准库无法满足 所有建模要求, AMESim 提供了一个液压 元 件 设 计 库 HCD (Hydraulic Component Design , HCD 库是非常强大 的工具, 包含了任何机液系统的基本结构单元模块 。 利用 HCD

16、 库使用者可以建立标准库中没有的液压模型 。如图 9所示,构建该模型的主要目的是使阀的输出 端能够输出一个恒定的压力 。 弹簧力用来维持阀的打开 状态, 而驱动压力则使阀有关闭的趋势 。 若负载压力低, 弹簧力将阀打开, 流量增加; 若负载压力高, 则阀部分关 闭或全关闭 。 后接油箱负责回收排油 。首先, 在 HYD 库中选取流体属性子模型 FP04。 然后, 用 HCD 库中机液系统的基本结构单元模块设计减压阀 。模型搭建完成后, 设置压力源 、 阀模块 、 弹簧 、 阻尼孔 和容积腔的具体参数:压强 11MPa ; 质量 0.04kg , 最大位移 0.6mm , 黏性摩擦系数 17N/

17、(m/s ; 活塞直径 12mm , 杆径 6mm , 弹簧刚度 10000N/m, 预紧力 250N ; 等效孔 径 0.4mm ; 死体体积 12cm 3。仿真总时间设置 5s , 模拟间隔时间设置 0.01s , 运行 仿真结果如图 10。这样一个稳定值,与构建模型目的使阀的输出端能够输 出一个恒定的压力相符 。 构建的减压阀模型符合阀所需 的机能, 有较好的压力特性, 仿真模型合理 。 3结语本文以阀控液压缸系统,用惠斯登桥搭建控制阀和 用 HCD 库设计减压阀为例, 讲述了 AMESim 仿真技术在 液压系统仿真领域的应用,显示出 AMESim 软件是一个 直观 、 方便 、 高效的

18、动态系统建模与仿真分析工具 。 它既 可以建立现有产品的模型并进行参数设置和仿真分析, 而且可以开发设计新产品并进行仿真研究 。 同时以其强 大的分析能力, 适用于多领域模型直接连接仿真的优势 。 AMESim 作为一种高级建模和仿真平台,必将在液压系 统仿真上有更广泛的应用 。参考文献 1付永领, 齐海涛 .LMS Imagine.Lab AMESim 系统建模和仿真实例教程 M . 北京:北京航空航天大学出版社, 2011.2钱道光, 陈奎生 . 基于 AMESim 的新型元件与液压系统仿真 J .机械, 2008, 35(11 :71-73.3李壮云 . 液压元件与系统 M . 北京:机械工业出版社, 2011. 4冀谦 . 基于 AMESim 的小型液压挖掘机液压回路仿真研究 J .机械研究与应用, 2009(5 :42-44.5邬国秀 . 基于 AMESim 的阀控液压缸液压伺服系统仿真 J . 机械, 2008, 35(1 :28-30.6毕红霞, 王艾伦 . 基于 AMESim 的 220t 矿山自卸车举升系统多级液压缸的建模与仿真 J . 现代机械,