基于AMESim的两相交流液压系统的设计仿真

1、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(201006-0008-02Design Simulation of a

2、Two-phase Alternative Hydraulic System Based on AMESim WANG Biao ZHAO Jing-yi ZENG Hui CAO Wen-ao(HebeiKey Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control ,YanShan University , Qinhuangdao , 066004, ChinaAbstract:Based on AMESim, a two -phases alternative hydraulic system could be

3、 built up and simulated, and the system characteristic curve could be drawn, to study its dynamic characteristics, analyze the advantages and feasibility used in engineering, mining machinery and look ahead its development prospects.Key Words:AMESim; alternative hydraulic; simulation0引言振动设备被普遍应用在冶金

4、、 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

5、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

6、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 EPEC 2024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-

7、, 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 。8Hydraulics Pneumatics &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 : 元件选 择及连接 ; 为所有元件选择元件子模型 ; 仿真参数 的设定 ; 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

8、、 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

9、, 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

10、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