基于AMESim的YQS-B型液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)系統(tǒng)壓力建模與仿真＊

師平，白亞瓊

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基于AMESim的YQS-B型液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)系統(tǒng)壓力建模與仿真＊

師平，白亞瓊

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089）

為了提高學(xué)生在液壓實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的動(dòng)手能力，解決學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中頻繁出現(xiàn)搭建的液壓或氣動(dòng)控制回路出錯(cuò)以及電氣回路與液壓或氣動(dòng)回路不能協(xié)同工作的問(wèn)題，采用AMESim軟件進(jìn)行仿真。為實(shí)踐教學(xué)提供參考依據(jù)，減少設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)的缺陷，以YQS-B型液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)的液壓系統(tǒng)壓力為例進(jìn)行說(shuō)明。

AMESim；液壓系統(tǒng)壓力；液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)；外界負(fù)載

液壓系統(tǒng)壓力實(shí)驗(yàn)采用液壓缸作為實(shí)驗(yàn)缸，液壓泵從油箱吸油，經(jīng)壓油管供油至液壓缸下腔，由于外加負(fù)載的存在，將阻止液壓缸下腔密封容積的擴(kuò)大，從而使液壓泵不斷排出的油液受到壓縮，因此導(dǎo)致油壓不斷上升，當(dāng)壓力升高到能夠克服外加負(fù)載時(shí)，活塞便被推動(dòng)上升。液壓系統(tǒng)中液流受到的阻力有3大類：外加阻力、液壓阻力、密封阻力。其中，外加阻力為有效負(fù)載。本文主要研究液壓缸摩擦阻力、活塞、桿件的重力等對(duì)液壓缸工作壓力的影響以及液壓缸外負(fù)載變化時(shí)對(duì)液壓缸工作壓力的影響。同時(shí)利用AMESim軟件中的控制庫(kù)、液壓庫(kù)以及液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)建立液壓系統(tǒng)的仿真模型，實(shí)現(xiàn)物理系統(tǒng)模型化，為液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 液壓系統(tǒng)仿真模型建立

本文以YQS-B型液壓實(shí)訓(xùn)臺(tái)為載體，搭建實(shí)物的液壓元器件。利用AMESim軟件建立液壓系統(tǒng)仿真模型，主要包括油箱、濾油器、液壓泵、電機(jī)、溢流閥、調(diào)速閥、電磁兩位四通換向閥、單向節(jié)流閥、液壓缸、砝碼等部分。

液壓系統(tǒng)壓力的原理如圖1所示，液壓系統(tǒng)壓力仿真如圖2所示。

2 基于AMESim的液壓系統(tǒng)壓力分析

假設(shè)液壓系統(tǒng)中的啟動(dòng)液壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，液壓泵（齒輪泵）的轉(zhuǎn)速也為1 000 r/min，液壓缸運(yùn)動(dòng)時(shí)間為2 s，負(fù)載的的重量分別為100 kg和400 kg，液壓缸的位移為0.1 m，負(fù)載的位移為0.1 m，摩擦阻力為1 N，用以上參數(shù)進(jìn)行液壓仿真。

摩擦阻力系數(shù)為0.5 N時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線如圖3所示，摩擦阻力系數(shù)為1 N時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線如圖4所示。

圖1 液壓系統(tǒng)壓力原理圖

圖2 液壓系統(tǒng)壓力仿真圖

從圖3、圖4可以看出當(dāng)負(fù)載為400 kg時(shí)，活塞、桿件的重力不變，液壓缸摩擦阻力系數(shù)大小會(huì)影響到液壓缸進(jìn)油口和出油口的工作壓力大小。液壓缸摩擦阻力系數(shù)為0.5 N時(shí)，液壓缸位移了0.1 m，進(jìn)口壓力在0.08 s時(shí)最大升到大約28.5 MPa，出口壓力在0.14 s時(shí)升到13.5 MPa；而在液壓缸摩擦阻力系數(shù)為1 N時(shí)，液壓缸位移了0.1 m，進(jìn)口壓力在0.07 s時(shí)最大升到28.3 MPa，出口壓力在0.15 s時(shí)升到13 MPa。從中可以看出液壓缸摩擦阻力系數(shù)大小對(duì)壓力影響不明顯。

圖3 摩擦阻力系數(shù)為0.5 N時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線

圖4 摩擦阻力系數(shù)為1 N時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線

外負(fù)載是指直接加在活塞桿上的有效負(fù)載（砝碼和砝碼托盤(pán)的重力）。在液壓缸活塞桿上加不同的負(fù)載（砝碼），觀察其工作壓力隨之變化的情況，實(shí)驗(yàn)應(yīng)在液壓阻力不變的情況下進(jìn)行。負(fù)載為100 kg時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線如圖5所示，負(fù)載為400 kg時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線如圖6所示。由圖5、圖6可以看出，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)液壓缸進(jìn)油口和出油口的工作壓力的大小決定于外界負(fù)載大小。

在負(fù)載為100 kg時(shí)，液壓缸位移0.1 m用時(shí)0.07 s，壓力達(dá)到大約13 MPa；而在負(fù)載為400 kg時(shí)，液壓缸位移0.1 m用時(shí)0.08 s，壓力達(dá)到大約28.2 MPa。從中就可以理解“工作壓力決定于外界負(fù)載”的含義。由此我們可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行液壓仿真實(shí)驗(yàn)，研究實(shí)際液壓與氣動(dòng)系統(tǒng)的各種工作狀況，確定最佳參數(shù)匹配。在YQS-B型液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)壓力形成實(shí)驗(yàn)的模擬仿真中，主要讓學(xué)生了解液壓系統(tǒng)中的負(fù)載與壓力的關(guān)系，分析液壓系統(tǒng)中工作壓力的形成。加深理解液壓傳動(dòng)中“工作壓力決定于外界負(fù)載”的含義，掌握液壓系統(tǒng)中工作壓力形成和傳遞的規(guī)律。

3 結(jié)論

借助于AMESim軟件對(duì)其液壓回路設(shè)計(jì)與仿真，使得液壓系統(tǒng)和液壓元件的設(shè)計(jì)缺陷在物理成型前就得到處理，設(shè)計(jì)周期極大縮短、設(shè)計(jì)成本降低，提高學(xué)生在液壓實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的動(dòng)手能力，減少學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中頻繁出現(xiàn)搭建的液壓或氣動(dòng)控制回路出錯(cuò)率高的情況。

圖5 負(fù)載為100 kg時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線

圖6 負(fù)載為400 kg時(shí)液壓缸兩端口的壓力曲線

［1］張憲宇，陳小虎.基于AMESim液壓元件設(shè)計(jì)庫(kù)的液壓系統(tǒng)建模與仿真研究［J］.機(jī)床與液壓，2012（13）.

［2］李永堂，雷步芳，高雨茁.液壓系統(tǒng)建模與仿真［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

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〔編輯：嚴(yán)麗琴〕

2095－6835（2018）19－0135－02

TH137

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.19.135

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)基金項(xiàng)目（16XHKY-008）

師平（1982—），男，陜西咸陽(yáng)人，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造與自動(dòng)化。白亞瓊（1983—），女，云南昆明人，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。