AMESim軟件及其在液壓系統中的應用

賀啟強 肖姝 杭發琴 劉常福 徐文慶

(中石化勝利油田分公司采油院工藝研究院,山東東營 257000)

AMESim軟件及其在液壓系統中的應用

賀啟強 肖姝 杭發琴 劉常福 徐文慶

(中石化勝利油田分公司采油院工藝研究院,山東東營 257000)

AMESim軟件是一款多學科領域復雜系統仿真平臺,是液壓系統設計中的主流軟件之一。本文通過介紹AMESim軟件及其應用特點,并結合具體實例的建模和仿真過程,分析了其在液壓系統分析設計的優勢并預測了其在行業應用的發展趨勢。

液壓系統 仿真軟件 AMESim

0 引言

傳統液壓系統往往基于機械功能結構進行設計,在樣機試制成功后往往通過型式試驗、投入生產實踐、進行優化改進并反復循環的過程,造成大量的人類、物力耗散在樣機的試制和改進階段。伴隨計算機技術的進步,借助計算機仿真技術可以通過設計計算、虛擬現實等手段,在成品成型之前進行必要的優化和修正,加快了設備改進步伐。當前,借助計算機仿真技術,也是進行機械設計的必然要求[1]。

典型的實例是,基于傳統機械結構設計的液壓系統,往往只能設計產品的額定排量、轉速、額定扭矩等靜態參數,而無法反映液壓系統的壓力、流量、溫度等動態特性,因此,對于液壓系統優化更是缺少必需的分析手段,而AMESim軟件為用戶提供了一個對液壓系統實現優化分析的綜合平臺。

1 MESim軟件及建模特征[2-8]

AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulations of engineering systems),是一款多學科領域、復雜系統的仿真平臺,尤其是應用在液壓/機械系統的建模、仿真及動力學分析的專業軟件。軟件集合流體、機械、熱流體和控制系統等模塊,為用戶提供一個完善、專業、友好的仿真優化平臺,并可與其他主流軟件進行聯合仿真。

AMESim軟件采用的建模方法類似于功率鍵合圖法,通過圖形方式來描述系統中各元件的相互關系,能夠直觀反映各元件間的負載效應及系統中功率流動情形,與功率鍵合圖不同的是,AMESim軟件能更直觀反應系統工作原理,其對元件間數據傳遞個數沒有限制,方便用戶進行多參數優化。

區別于其他仿真軟件,AMESim的最大優勢在于可以在仿真過程實現方程特性的監測并自動獲取最佳結果。

圖1 AMESim中液壓元件標準庫

圖2 AMESim中HCD設計庫

圖4 給定信號和液壓缸實際信號曲線

圖5 液壓泵出口流量與溢流閥入口處流量曲線

圖6 液壓缸進出口流量曲線

此外,AEMSim軟件還可以與其他軟件進行聯合實現混合仿真,其過程只需在各自子系統完成建模,而后進行聯合仿真,最后用各軟件完成各領域結果分析。

2 AMESim在液壓系統中應用[9-10]

AMESim包含機械、液壓、熱流體等標準模型庫,圖1所示的是其液壓標準庫。對于標準庫無法滿足建模要求的,AMESim還提供一個基本元件庫設計HCD(Hydraulic Component Design),如圖2所示,利用HCD設計庫,用戶可以以模型組合的方式獲取所需元件的仿真模型。

典型的位置反饋閥控液壓缸系統仿真模型如圖3所示,該系統中,位移傳感器將液壓缸位置信號反饋回來作為一個信號與用戶給定的信號進行比較,二者的差值經放大器后作為電磁換向閥的輸入信號并控制換向閥的開口大小,從而實現液壓缸活塞桿的比例控制。

仿真過程分4步,分別是：建立系統草圖,建立系統的數學(子)模型,在參數設置模式下完成各元件的參數設定,最后進行系統仿真。

圖4為給定信號和液壓缸實際位移對比曲線,可以發現,二者十分接近。同時,系統在經過一個7S的偏差比較并調整后到達穩定狀態。

如圖5顯示的是液壓泵和溢流閥的流量曲線,溢流閥流量在系統偏差結束后與液壓泵出口流量一致并達到穩態。

如圖6所示,系統處于不穩定階段,液壓缸進出口流量差別較大,在忽略其他因素影響條件下,仿真結果比較接近真實情況。

3 結語

液壓仿真軟件AMESim不僅可以指導新產品的設計開發,建立已有產品仿真模型并進行參數優化,還可以對系統故障進行仿真研究,其操作過程也很人性化。憑借其圖形化用戶界面、強大的模型庫和完整的軟件接口技術,在未來,必將在機械液壓行業內得到廣泛的應用和推廣。

[1]秦家升,游善蘭.AMESim軟件的特征及其應用[J].工程機械,2004(12):6-8.

[2]張康智,王栓強,陳加勝.液壓仿真軟件的應用及其發展[J].科學之友,2008(9):123-124.

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[4]王亮,韓虎,高潔.液壓系統仿真軟件及其應用[J].煤礦機械,2007,28(12):102-104.

[5]王勇亮,盧穎,趙振鵬等.液壓仿真軟件的現狀及發展趨勢[J].液壓與氣動,2012(8):1-4.

[6]潘東升,陳松茂,丘宏揚等.液壓仿真技術的現狀及發展趨勢[J].新技術新工藝,2005(4):7-11.

[7]吳躍斌,謝英俊,徐立.液壓仿真技術的現在和未來[J].液壓與氣動,2002(11):1-3.

[8]鄧習樹,李自光.當前液壓系統仿真技術發展現在及趨勢[J].機床與液壓,2003(1):20-22.

[9]余佑官,龔國芳,胡國良.AMESim仿真技術及其在液壓系統中的應用[J].液壓氣動與密封,2005(3):28-31.

[10]付永領,祁曉野.AMESim系統建模和仿真—從入門到精通[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.

賀啟強(1984—),湖北黃岡人,助理工程師,2010年畢業于哈爾濱工業大學機械制造及其自動化專業,碩士研究生,現主要從事機械采油技術研究與推廣工作。