基于AMESim与Matlab的液压缓冲器仿真与优化解读

Ｐｏｒｏｕｓ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｂｕｆｆｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＭＥＳｉｍ
ＣＨＥＮ Ｙｉ－ｄｏｎｇ，ＨＡＯ Ｘｉｕ－ｐｉｎｇ，ＭＯ Ｗｅｉ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ ｃａｌｉｂｅｒ ｒｉｆｌｅ ｗｉｌｌ ｐｒｏｄｕｃｅ ｌａｒｇｅｒ ｒｅｃｏｉｌ ｉｍｐａｃｔ ｌｏａｄ ｉｎ ｓｈｏｏｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｗｈｉｃｈ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ａｄｏｐｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｕｆｆｅｒｓ ｔｏ ｏｆｆｓｅｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｏｉｌ ｅｎｅｒｇｙ，ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｐｏｒｏｕｓ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｕｆｆｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｆｆｅｒ ｉｓ ｓｅｔ ｕｐ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＭＥＳｉｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｃｏｉｌ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｃａｌｉｂｅｒ ｒｉｆｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｂｕｆｆｅｒ；ＡＭＥＳｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
４ 仿 真 结 果 分 析 根 据 以 上 仿 真 曲 线 ，得 到 的 枪 管 和 缓 冲 器 后 坐 的
１－ 可 变 容 积 ；２－ 停 止 信 号 ；３－ 制 退 器 制 退 力 ； ４－ 制 退 力 数 值 曲 线 ；５－ 枪 管 和 枪 机 ；６－ 速 度 传 感 器 ；７－ 枪 管 复 进 簧 ；

《基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究》篇一一、引言随着现代工业技术的不断发展，液压系统在各种机械设备中扮演着至关重要的角色。

为了更好地理解液压系统的性能，优化其设计，以及进行故障诊断和预测，建模与仿真技术显得尤为重要。

本文将介绍基于AMESim的液压系统建模与仿真技术研究，以期为相关领域的研发和应用提供有益的参考。

二、AMESim软件概述AMESim是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于机械、液压、控制等多个领域。

它提供了一种直观的图形化建模环境，用户可以通过简单的拖拽和连接元件来构建复杂的系统模型。

此外，AMESim还支持多种物理领域的仿真分析，包括液压、气动、热力等。

三、液压系统建模在AMESim中，液压系统的建模主要包括以下几个方面：1. 液压元件建模：包括液压泵、液压马达、油缸、阀等元件的建模。

这些元件的模型可以根据实际需求进行参数设置和调整。

2. 流体属性设置：根据液压系统的实际工作情况，设置流体的属性，如密度、粘度等。

3. 系统拓扑结构构建：根据实际系统的结构，搭建系统拓扑结构，并设置各元件之间的连接关系。

4. 仿真参数设置：根据仿真需求，设置仿真时间、步长等参数。

四、液压系统仿真在完成液压系统的建模后，可以通过AMESim进行仿真分析。

仿真过程主要包括以下几个方面：1. 初始条件设置：设置系统的初始状态，如初始压力、流量等。

2. 仿真运行：根据设置的仿真时间和步长，运行仿真程序。

3. 结果分析：通过AMESim提供的可视化工具，分析仿真结果，如压力、流量、温度等参数的变化情况。

五、技术应用与优势基于AMESim的液压系统建模与仿真技术具有以下优势：1. 高效性：通过图形化建模环境，可以快速构建复杂的液压系统模型，提高建模效率。

2. 准确性：AMESim提供了丰富的物理模型和算法，可以准确模拟液压系统的实际工作情况。

3. 灵活性：用户可以根据实际需求，灵活地调整模型参数和仿真条件，以获得更符合实际的结果。

结论与展望
通过深入研究液压系统的动态特性，可以为工程机械液压系统的维护和检修 提供更加精确的理论依据和技术支持。这些研究成果将有助于提高工程机械的运 行效率，降低设备的维修成本，具有重要的工程应用价值和发展前景。
谢谢观看
案例分析
案例分析
以某型工程机械液压系统中的故障为例，利用AMESim进行仿真分析。该故障 表现为液压油缸在行程终端时无法实现自锁。首先，建立该型液压系统的AMESim 模型，包括液压泵、液压缸、液压阀等关键元件。然后，对模型进行仿真，并观 察液压缸在行程终端时的状态。
案例分析
通过调整仿真参数，可以发现液压缸在行程终端时无法实现自锁的原因在于 液压缸的密封件磨损严重，导致密封性能下降。这一结果与实际情况基本一致， 说明AMESim在工程机械液压系统故障仿真中的可靠性。
结论与展望
结论与展望
本次演示介绍了基于AMESim的工程机械液压系统故障仿真研究。通过建立液 压系统的AMESim模型，可以对液压系统的工作状态进行实时监控和调整，从而实 现液压系统的优化设计。在未来的研究中，可以进一步拓展AMESim在工程机械液 压系统故障仿真中的应用，如开展多种故障的耦合仿真、引入算法进行故障预测 和预防等方面的研究。
AMESim仿真技术及其在液 压系统中的应用
目录
01 引言
03 原理与实现
02 概述 04 参考内容
引言
引言
液压系统在各种工业领域中具有广泛的应用，如机械制造、航空航天、石油 化工等。随着科技的不断进步，对液压系统的性能和稳定性要求越来越高，因此 仿真技术在液压系统设计、优化和故障诊断中发挥着越来越重要的作用。AMESim 是一种先进的仿真技术，可以针对复杂液压系统进行高精度、高效率的仿真分析。 本次演示将介绍AMESim仿真技术在液压系统中的应用意义、基本原理、应用案例 以及前景展望。

２０１５年１１月第４３卷第２２期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＮｏｖ ２０１５Ｖｏｌ ４３Ｎｏ ２２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－３８８１ ２０１５ ２２ ０３６收稿日期：２０１４－０９－１０作者简介：陶柳（１９８６ ），男，硕士研究生，主要研究方向流体传动与控制㊂Ｅ－ｍａｉｌ：７１７７９６８１５＠ｑｑ ｃｏｍ㊂基于ＡＭＥＳｉｍ和ＭＡＴＬＡＢ的隧道多功能台车液压系统联合仿真陶柳１，何奇２（１ 四川工程职业技术学院车辆工程系，四川德阳６１８０００；２ 长沙长泰机器人有限公司机器人研究院，湖南长沙４１０１１７）摘要：设计了隧道多功能作业台车工作装置液压系统的关键回路 联动调平回路，利用ＡＭＥＳｉｍ和ＭＡＴＬＡＢ软件对该系统进行联合仿真，分析仿真数据可知：系统回路和阀件选型在当前设计下能够满足实际工况要求㊂关键词：ＡＭＥＳｉｍ／ＭＡＴＬＡＢ联合仿真；联动调平回路中图分类号：ＴＢ１２３㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－３８８１（２０１５）２２－１０８－３Ｃｏ⁃ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃＳｙｓｔｅｍｏｆＴｕｎｎｅｌＭｕｌｔｉ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎＯｐｅｒａｔｉｏｎｓＴｒｏｌｌｅｙＢａｓｅｄｏｎＡＭＥＳｉｍａｎｄＭＡＴＬＡＢＴＡＯＬｉｕ１，ＨＥＱｉ２（１ ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｉｃｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，ＤｅｙａｎｇＳｉｃｈｕａｎ６１８０００，Ｃｈｉｎａ；２ ＲｏｂｏｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈａｎｇｓｈａＣｈａｎｇｔａｉＲｏｂｏｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１０１１７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｋｅｙｃｉｒｃｕｉｔｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｙｓｔｅｍｏｆｔｕｎｎｅｌｍｕｌｔｉ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔｒｏｌｌｅｙ：ｌｉｎｋａｇｅｌｅｖｅｌｉｎｇｌｏｏｐｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＡＭＥＳｉｍａｎｄＭＡＴＬＡＢｃｏ⁃ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｓｙｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐａｎｄｖａｌｖｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｃｔｕａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｄｅｓｉｇｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＭＥＳｉｍ／ＭＡＴＬＡＢｃｏ⁃ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｌｉｎｋａｇｅｌｅｖｅｌｉｎｇｌｏｏｐ㊀㊀隧道多功能作业台车是集机㊁电㊁液于一体的现代特种作业装备，从样机的造价比例来看，投入液压设备的资金已达到台车总造价的３０％㊂在样机的生产过程中，如果出现阀件重复替换，除了造成资金的浪费使制造成本增加外，还会大大延缓台车的研发周期㊂运用计算机仿真技术对设计的液压系统关键控制回路进行分析，不仅可以缩短液压系统的开发周期，还能避免反复试验和采购带来的经济损失㊂通过前期仿真结果预判所设计液压系统的稳定可靠程度，使设计人员做到胸有成竹㊂对比一系列的液压系统仿真软件，ＡＭＥＳｉｍ具有在仿真过程中通用性强㊁元件模型库配备完善㊁建模直观简单且仿真精度较高等优点，因而成为了对液压系统进行故障诊断和设计仿真时的首选㊂如：汪宇亮基于工程机械液压系统的故障诊断，验证了基于ＡＭＥＳｉｍ的仿真分析方法是液压系统故障诊断的一个有效途径，并证明了应用功率流的建模思想可以实现液压系统的故障注入［１］；陆雪峰通过分析锚杆支护作业平台液压系统的组成和工作特点，使用ＡＭＥＳｉｍ液压库子模型对平台泵变量系统进行了建模和仿真，验证了泵变量系统的工作特性符合实际工作要求［２－３］目前我国隧道作业台车刚刚起步，国内对台车液压系统关键控制回路的仿真案例近乎为零，因此作者在借鉴其他领域液压系统仿真实例的基础上，采用ＡＭＥＳｉｍ和ＭＡＴＬＡＢ软件进行联合仿真，分析并验证系统在当前设计下的稳定性和合理性，希望能为后续台车液压系统的开发提供一定的思路和帮助㊂１㊀动臂与调平联动模块建立研究发现，隧道多功能作业台车动臂升降过程中平台的稳定性是通过动臂油缸与调平油缸的联动变化控制的㊂分析计算得出：当动臂油缸与调平油缸伸缩变化量满足１ １６７ʒ１的比例关系时，升降过程中平台相对于水平面的倾角变化最小［４］㊂因而当进行联动控制时，动臂油缸与调平油缸必须同时供油，且流量大小还需通过调速阀进行严格比例控制㊂最后设计绘制如图１所示动臂与调平联动模块的液压控制原理图㊂设计中考虑在工作中调平油缸也必须具备保持功能，所以调平调速互锁集成阀块内除含有两个单向调速阀外，还包括双液控单向锁㊂图１㊀动臂与调平联动控制模块油路２　液压系统建模与仿真２ １㊀模型的建立利用ＡＭＥＳｉｍ液压元件库（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ）㊁信号元件库（Ｓｉｇｎａｌ，Ｃｏｎｔｒｏｌ）㊁机械元件库（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ）和ＨＣＤ模型库（ＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔＤｅｓｉｇｎ）以及接口模块共同建立联动调平控制回路的仿真模型，如图２所示㊂图２㊀仿真模型图２中，油源㊁溢流阀㊁换向阀㊁单向调速阀㊁液压缸㊁液压锁㊁位移传感器和信号源等元器件均在元件库中直接选取㊂根据定级及流量计算数据［３］，各元器件仿真主要参数见表１㊂表１㊀控制回路仿真模型主要参数设置名称参数数值液压油源流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）３００密度／（ｋｇ㊃ｍ－３）８１２溢流阀开启压力／ＭＰａ２５换向阀延迟开启时间／ｓ０．５双动臂油缸单向调速阀正向通流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）１９０单向阀通流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）２００反向压损／ＭＰａ０ ５调平油缸单向调速阀正向通流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）６５单向阀通流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）１００反向压损／ＭＰａ０ ５液压锁正向通流量／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）１００正向压损／ＭＰａ０ ２动臂液压缸液压缸活塞直径／ｍｍ１４０液压缸活塞杆直径／ｍｍ１００液压缸行程／ｍ１．４８调平液压缸液压缸活塞直径／ｍｍ１２５液压缸活塞杆径／ｍｍ９０液压缸行程／ｍ１．４８位移传感增益１０００２ ２㊀仿真结果模拟两动臂油缸实际工况同步特性时，其左右两边所受负载力是不相同的，前期在位移与负载函数的建立过程中，已将左右两边负载偏差拟定为９５％㊂仿真执行完成后，查看左右动臂油缸位移曲线和位置偏差量曲线分别如图３和图４所示㊂图３㊀左右动臂油缸的位移曲线㊀㊀㊀㊀图４㊀左右动臂油缸位移偏差曲线可以看出：左右动臂油缸存在一定偏差，且随着平台举升高度的升高，位移累积偏差增大，其最大累积偏差可达１７ ４５ｍｍ㊂而分析表明油缸伸长量越大所受负载力变小，故在位移偏差较大的地方其所受负载力相对很小，因而不会有单边油缸超负荷现象的产生，这样油缸的使用寿命和平台的安全性得到保证㊂㊃９０１㊃第２２期陶柳等：基于ＡＭＥＳｉｍ和ＭＡＴＬＡＢ的隧道多功能台车液压系统联合仿真㊀㊀㊀㊀㊀图５和图６分别为左右动臂油缸速度曲线和速度偏差曲线㊂由图５可知：在油缸开始运动和停止运动时均产生一定的液压冲击，换向阀开启缓冲时间约为０ ３ｓ，左右油缸的速度基本维持在０ １ｍ／ｓ，持续运动约１４ｓ油缸伸长至最大行程处㊂图６表明：左右动臂速度偏差值很小，这得益于分流集流阀的自动调节作用㊂下面通过查看分流集流阀进出口流量分析动臂抬升过程中阀件的分流精度㊂图５㊀左右动臂油缸速度曲线㊀㊀㊀㊀㊀图６㊀左右动臂油缸速度偏差曲线图７为动臂抬升过程中分流集流阀的进口流量曲线，在前端调速阀的控制下，其稳态流量Ｑｓ＝１９０ ０１４Ｌ／ｍｉｎ；图８表示动臂抬升过程中分流集流阀左右端的出口流量曲线，由于作用于左右动臂油缸的负载不同，导致左右端出口流量存在一定的偏差㊂图中所示，分流集流阀左端出口流量为Ｑ１＝９４ ４８８２Ｌ／ｍｉｎ，右端出口流量为Ｑ２＝９５ ５９３９Ｌ／ｍｉｎ㊂图７㊀动臂抬升过程中分流集流阀进口流量曲线㊀㊀㊀㊀图８㊀动臂抬升过程中分流集流阀出口流量曲线为了分析分流集流阀的分流精度，引入阀件速度同步误差公式如［２］：δ＝２ˑＱ１－Ｑ２Ｑｓˑ１００％（１）讨论分流集流阀稳态过程的速度同步误差，将稳态时进出口流量Ｑ１㊁Ｑ２和Ｑｓ代入上式，即可求得分流集流阀的速度同步误差为：㊀㊀δ＝２ˑ９４ ４８８２－９５ ５９３９１９０ ０１４ˑ１００％ʈ１ １６％（２）由此可知，选用该参数的分流集流阀在此工况下速度同步误差很小，能很好地适应此工况下的分流要求㊂研究得知当执行元件的负载力Ｆｘ引起调速阀进出口压力差的变化超过最小压差时，此时节流阀进出口压差为定值［４］㊂而从图５和图８中速度和流量曲线可以看出，左右动臂油缸的运动速度和进口流量在调速阀和分流集流阀的作用下基本维持恒定，由此可知，左右动臂油缸的进口压力一定如图９所示随负载变化而不断发生变化㊂图９㊀动臂油缸大腔进口压力曲线通过仿真结果可知：在实际工况的联合仿真中，由于平台自重㊁调速阀㊁分流集流阀等的存在，双动臂油缸的同步精度㊁联动调平过程中平台的升降平稳性在此设计回路中可以得到保证㊂３㊀小结采用ＡＭＥＳｉｍ和ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ联合仿真的方式，在实际工况下对重要控制回路进行适应性探讨，分析了左右臂油缸的位移㊁速度以及分流集流阀进出口流量的变化㊁误差曲线㊂通过仿真结果可知，在实际工况的联合仿真中，双动臂油缸的同步精度㊁联动调平过程中平台的升降平稳性在此设计回路中可以得到保证㊂参考文献：［１］汪宇亮．基于ＡＭＥＳｉｍ的工程机械液压系统故障仿真研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２０１２．［２］陆雪峰．锚杆支护作业平台的设计与仿真研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２０１２．［３］陈子建，王振涛，赵华．液压系统节流调速回路分析及应用［Ｊ］．机床与液压，２０１０，３８（４）：５８－６０．［４］何奇．隧道多功能作业台车工作装置液压系统开发与研究［Ｄ］．湘潭：湘潭大学，２０１３．㊃０１１㊃机床与液压第４３卷。