基于amesim的液壓系統(tǒng)測試試驗臺仿真研究

基于amesim的液壓系統(tǒng)測試試驗臺仿真研究

隨著工程技術的快速發(fā)展，計算機模擬在機械和機械工程領域的應用越來越受到重視。模仿技術的應用使設計和故障診斷方便、經(jīng)濟。隨著機電液一體化在現(xiàn)代設備中的應用,液壓裝置在一臺工程機械設備中的造價通常達到20%~30%,有的甚至超過50%。因此對液壓系統(tǒng)進行設計和分析,運用計算機仿真技術就具有重大的價值,它是利用計算機技術研究液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的一種新方法。計算機仿真技術不僅可以在設計中預測系統(tǒng)性能,縮短設計周期,降低成本,還可以通過仿真對所涉及的系統(tǒng)進行整體分析和評估,從而達到優(yōu)化設計,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性的目的。本文采用AMESim軟件建立液壓系統(tǒng)的仿真模型,并進行了系統(tǒng)故障的仿真。具體方法如下:利用AMESim軟件建立實際液壓測試系統(tǒng)的近似模型,這是一個物理系統(tǒng)模型化的過程,使仿真系統(tǒng)參數(shù)設置與正常狀態(tài)達到最佳逼近;再設置系統(tǒng)模型的下級子模型在異常狀態(tài)下的參數(shù),方便地模擬系統(tǒng)故障,建立起系統(tǒng)相應的故障樣本曲線,為發(fā)展故障診斷專家系統(tǒng)的圖形知識庫做好準備。同時可實現(xiàn)試驗的虛擬化,以液壓缸動態(tài)仿真為研究內容,分析了基于AMESim的液壓系統(tǒng)故障仿真方法。1amesim軟件在液壓戰(zhàn)略分析設計中的應用AMESim(AdvancedModelingEnvironmentforSimulationsofengineeringsystems)表示系統(tǒng)工程高級建模和仿真平臺。AMEsim是IMAGINE公司于1995年推出的專門用于液壓/機械系統(tǒng)的建模、仿真及動力學分析的軟件,該軟件包含了IMAGINE的專門技術并為工程設計提供交互能力?；谥苯訄D形接口,在整個仿真過程中系統(tǒng)可以顯示在環(huán)境中。AMESim使用圖標符號代表各種系統(tǒng)的元件,這些圖標符號要么是國際標準組織如工程領域的ISO為液壓元部件確定的標準符號,或為控制系統(tǒng)確定的方塊圖符號,或者當不存在這樣的標準符號時可以為該系統(tǒng)給出一個容易接受的非標準圖形特征。AMESim為流體動力、機械、熱流體和控制系統(tǒng)提供一個完善、優(yōu)越的仿真環(huán)境及最靈活的解決方案。在AMESim繪圖區(qū)添加符號或圖標搭建工程系統(tǒng)草圖后,可按如下步驟進行系統(tǒng)仿真:(1)圖標元件的數(shù)學描述。(2)設定元件的特征。(3)初始化仿真運行。(4)繪圖顯示系統(tǒng)運行狀況。AMESim使用戶能夠借助其友好的、面向工程應用的方案,通過模型庫的概念來實現(xiàn)研究任何元件或回路的動力學特性。而模型庫可通過客戶化不斷升級和改進,以滿足用戶更高級建模需求。2amesim與其他分析方法的對比,可以直接指出系統(tǒng)的運行規(guī)律。在做AMESim軟件采用的建模方法類似于功率鍵合圖法,但要更先進一些。相似之處在于二者都采用圖形方式來描述系統(tǒng)中各元件的相互關系,能夠反映元件間的負載效應及系統(tǒng)中功率流動情況,元件間均可反向傳遞數(shù)據(jù)。規(guī)定的變量一般都是具有物理意義的變量,都遵從因果關系;不同之處在于AMESim更能直觀地反映系統(tǒng)的工作原理。用AMESim建立的系統(tǒng)模型與系統(tǒng)工作原理圖幾乎一樣,而且元件之間傳遞的數(shù)據(jù)個數(shù)沒有限制,可以對更多的參數(shù)進行研究。它采用復合接口,即一個接口傳遞多個變量,簡化了模型的規(guī)模,使得不同領域模塊之間的物理連接成為可能。3使用amesim軟件對原油系統(tǒng)進行模擬分析3.1液壓系統(tǒng)性能仿真模型液壓測試試驗臺的組成及原理圖如圖1所示。其中5為75kW交流電動機,用來驅動液壓泵。節(jié)流閥3調節(jié)被測試液壓泵進油口的開度,可形成一定的真空度,用來模擬被測試液壓泵產(chǎn)生氣穴時的情況。電磁換向閥25和截止閥24控制溢流閥28和液壓缸20的加載與卸載。電磁換向閥12控制液壓缸的伸縮,調節(jié)溢流閥23控制液壓缸的背壓,用來模擬液壓缸的負載。節(jié)流截止閥18、19模擬液壓缸的外泄漏,單向節(jié)流閥13、14控制液壓缸進出口流量的大小。液壓系統(tǒng)性能測試仿真模型如圖2所示。在AMESim草圖模式(sketchmode)下,根據(jù)液壓缸測試系統(tǒng)實驗系統(tǒng)原理,運用液壓庫、液壓元件設計庫和機械庫構建液壓系統(tǒng)的仿真模型,并組成一個液壓系統(tǒng)性能的測試模型。3.2模型選取模塊進入子模型模式(submodelmode),為測試系統(tǒng)中的每個圖形模塊選取子模型。AMEsim提供了首選子模型(Premiersubmodel)功能。3.3靜接合劑設置在參數(shù)模式(Paralnetersmode)下,設定參數(shù):發(fā)動機的轉速設置為1480r/min;泵的排量設置為63mL/r,轉速設置為2000r/min;三位四通換向閥各通路流量設置為90L/min,壓降設置為0.1MPa,阻尼比設置為0.8,閥芯固有頻率設置為50Hz,額定電流設置為200mA;活塞的直徑設置為25mm,活塞桿的直徑設置為15mm,所連質量塊的質量設置為10kg;分段線性信號源UD1設置為常量1000,則經(jīng)過由信號到力的轉換,執(zhí)行機構活塞桿就能得到一個恒為1000N的阻力;其它參數(shù)均按默認值來設置。3.4在運行模式下運行模擬進入運行模式(Runmode),設置仿真時間為10s、仿真步長0.1s和運行方式等運行參數(shù)后,開始仿真。3.5仿真模型的驗證在圖1所示液壓測試試驗臺上進行試驗,采集液壓缸活塞桿位移繪制曲線如圖3所示。將活塞桿的物理試驗位移曲線(見圖3)與仿真試驗位移曲線(見圖4)進行對比,通過對比發(fā)現(xiàn)仿真試驗位移曲線和物理試驗位移曲線基本一致,由于仿真試驗是在理想狀態(tài)下進行的,存在的偏差也在仿真試驗允許的誤差范圍內,故可驗證仿真模型的正確性。仿真液壓缸在正常工作情況下的液壓缸端口1和端口2的流量曲線(見圖5)。從圖中可以看出,流量和壓強都有一個短暫的穩(wěn)定過程,由活塞桿的位移曲線可知,0~2.4s活塞桿伸出,2.4~5s活塞桿到達伸出極限,5~8.3s活塞桿收縮,8.3~10s活塞桿到達收縮極限。與此相對應的時間段內,端口1、2的流量和壓力的成相應的變化,活塞桿伸出過程中,端口1的流量為正流入,端口2的流量為負流出;活塞桿收縮過程與伸出過程相反;由于端口2一側有活塞桿,活塞移動相同的位移,端口2一側的體積變化小,故端口2的流量小于端口1;活塞桿到達極限位置的流量均為零。以上分析結果再次驗證了該仿真模型的正確性。4液壓缸泄漏故障仿真建立準確的系統(tǒng)仿真模型后,根據(jù)不同的故障仿真項目分別對正常模型注入故障參數(shù),使得程序在故障條件下運行。觀察運行結果時,通過AMESim的批仿真運算功能將正常響應曲線和故障響應曲線同時反應在一幀輸出圖表中。以下是對液壓缸泄漏故障進行仿真分析的研究,液壓缸的泄漏一般分為內泄漏和外泄漏兩種情況。外部泄漏較容易發(fā)現(xiàn),只要仔細觀察即可做出正確判斷。液壓缸的內泄漏檢修較為困難,因此很難從表面上發(fā)現(xiàn)液壓缸的內泄漏故障。為此,利用AMESim軟件進行液壓缸內泄漏故障仿真,對比故障狀態(tài)和正常狀態(tài)下的參數(shù)變化,為液壓缸內泄漏故障診斷提供診斷樣本。圖6、7分別為液壓缸內泄漏的故障狀態(tài)下位移和壓力曲線,其中曲線1為液壓缸內泄漏故障狀態(tài)曲線,曲線2為正常狀態(tài)曲線。由于液壓缸在內泄漏的情況下,造成液壓缸出力不足、保壓性能差等問題,長期在這種狀態(tài)下運行,必將影響液壓設備的平穩(wěn)性、可靠性和使用壽命。通過對比發(fā)現(xiàn),圖6反映了由于壓力流失造成活塞桿運動變化;圖7反映了由于液體泄露導致系統(tǒng)無法保壓。以上結果客觀的仿真了真實液壓缸泄漏的變化情況,為液壓缸在內泄漏故障狀態(tài)進行故障診斷提供了依據(jù)。5基于amesim的液壓系統(tǒng)故障仿真本文基于AMESim對液壓缸測試進行了仿真研究,為液壓缸的故障診斷提供了極具參考價值的數(shù)據(jù),取得了需要經(jīng)過復雜計算和大量的測試實驗才能得出的結論