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基于AMESim的某型车辆液压系统升降装置仿真

2014/11/13 17:25:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  摘要:以某型车辆液压系统为研究对象,在AMESim环境下对其升降装置进行建模、仿真,分析了上升和下降过程的性能,并建立了系统压力与系统动态响应之间的关系.仿真结果表明,仿真曲线与真实的液压系统工作曲线基本吻合,从而证明了建模的合理性,所进行的系统仿真也可为该系统的故障诊断提供参考依据.

  某型车辆中升降装置的工作是由液压系统来控制完成的,因此,车辆中液压系统工作的正常与否将直接影响到升降装置工作性能的发挥.由于液压系统的封闭性,发生故障后往往不易查找,同时对于某型车辆液压系统所出现的故障,目前检测手段还较为落后,多采用手工检测,不仅费时费力,而且难度较大,因此维修效能较低.为此,针对目前该型车辆液压系统故障不易查找、检测手段落后、诊断设备相对缺乏的现状,提出了一种利用AMESim软件来对某型车辆液压系统的升降装置进行建模仿真的方法.

  1 系统工作原理

  该型车辆的液压系统主要由三个部分组成:升降装置、装填装置和舱门装置.升降装置用来完成发射装置的上升和下降运动;装填装置用来完成升降架的升降运动;舱门装置用来控制舱门的开和关.本文中将重点分析升降装置部分.

  该型车辆液压系统的基本工作过程为:当外部条件满足后,液压电子箱自动上电,操纵液压控制盒进行初始设置,并启动动力组液压电机,从而驱动减速机构带动液压泵从油箱中吸取油液,然后选择集成阀组中的电磁换向阀,通过管路总成使高压油液提供给升降油缸、舱门油缸、装填油缸并作为动力油,最后各油缸执行规定动作.

  图1为升降装置原理图.当电磁铁1DT、3DT通电时,油液依次经过电机、液压泵、单向阀、三位四通阀左位、二位四通阀、单向节流阀、液控单向阀流入液压缸的无杆腔,系统完成上升运动;当电磁铁2DT、3DT通电时,油液依次经过电机、液压泵、单向阀、三位四通阀右位、二位四通阀流入液压缸的有杆腔,系统完成下降运动.

  2 仿真模型

  根据系统的工作原理,在AMESim草图模式下搭建如图2所示的升降装置仿真模型[1-7].在此模型中,由分段线性信号源6控制换向阀5和7.

  已知的主要参数包括齿轮泵转速、活塞直径、活塞杆直径、液压缸有杆腔面积和无杆腔面积、系统一级工作压力(上升阶段)和二级工作压力(下降阶段)、油缸负载、导轨摩擦力、活塞杆上升和下降的行程以及常温升起时间.由以上参数可计算出液压缸有杆腔和无杆腔容积以及上升速度.

  设系统正常工作所需流量为Q,由于是双缸,假定进油量相等,则有

  Q=2A×V

式中,A为无杆腔面积,V为上升速度.

  因为上升和下降过程流量相等,通过公式变换,可计算出下降速度.而活塞杆长度已知,可计算出下降时间.进入参数模式,将元件的参数按已知和计算所得数值设置.

  3 系统仿真及结果分析

  3.1 上升阶段系统仿真及结果分析

  设置系统压力为4.7 MPa,换向阀5置于右位,然后进入运行模式,设置运行时间为14 s,运行得到活塞杆上升速度曲线如图3所示.从图形曲线可以看出,上升过程中,经过开始极短时间的波动后,活塞杆以0.056 1 m/s的速度匀速上升,并在13.01 s时上升到最高点停止.根据经验选取上升时间为12.6 s时,理论上计算出的上升速度为0.057 9 m/s,仿真值与理论计算值相差3%.图4为系统流量曲线,由图形曲线可得,系统在开始工作后流量稳定在13.15 L/min,同理论计算值相差3.7%.

  3.2 下降阶段系统仿真及结果分析

  调整系统压力为3 MPa,换向阀5置于左位,设置运行时间为7 s,得到活塞杆下降速度曲线如图5所示.从曲线可以看出,活塞杆在工作后极短的时间内以0.12 m/s的速度开始下降,并在6.08 s时到达油缸底部停止,该数值与理论计算出的值0.114 m/s相差5%.图6为系统流量曲线,可以看出下降阶段系统流量稳定在14.14 L/min,与理论计算值相差3.5%.

  由以上对比可以看出,系统仿真曲线与系统实际工作理论数据基本一致,从而证明了建模的合理性.

  4 系统压力对系统动态响应的影响

  系统的压力与系统动态响应之间有着直接的关系,通过调整仿真模型中的系统压力可以得到在不同压力下活塞杆的运动速度及系统的流量,从而建立系统压力与响应之间的关系.

  4.1 系统压力对活塞杆运动速度的影响

  将上升过程中的系统压力分别调整为2.5 MPa、3.5MPa和4.5 MPa,可分别得到图7中活塞杆的速度曲线1、2、3.通过对比三条曲线可以看到,活塞杆的运动速度与系统压力成正比,压力越大,速度越大,上升时间就越短.下降过程同理.

  4.2 系统压力对流量的影响

  图8中,曲线1、2、3分别为上升过程系统压力为2.5MPa、3.5 MPa、4.5 MPa时系统中的流量曲线.通过对比可以看到,系统流量与压力成正比,压力越大,流量越大.下降过程同理.

  5 结束语

  采用AMESim仿真软件对某型车辆液压系统的升降装置进行建模和仿真,可以方便、直观地得出系统的工作响应曲线.通过修改系统模型中的压力值并仿真,可以得出系统的压力与升降装置的升降速度及系统中油液流量成正比关系,从而为系统的故障诊断及故障仿真打下基础.图8 上升阶段不同压力下流量变化曲线对比

  参考文献:

  [1] 付永领,祁晓野.AMESim系统建模和仿真—从入门到精通[M].北京:航空航天大学出版社,2006.

  [2] 邬国秀.基于AMESim的阀控液压缸液压伺服系统仿真[J].计算机应用技术,2008,35(1):28-30.

  [3] 唐毅,魏鑫,曹克强.基于AMESim的某型飞机液压系统仿真研究[J].机床与液压,2007,35(6):198-200.

  [4] 肖岱宗.AMESim仿真技术极其在液压元件设计和性能分析中的应用[J].舰船科学技术,2007,29(增刊):142-145.

  [5] 陈阳国.电液伺服系统故障仿真研究[D].武汉科技大学,2007.

  [6] 朱学彪,陈奎生.对于三级电液伺服阀的新型仿真与研究[J].机床与液压,2005(2)):97-98.

  [7] IMAGINE S. A.AMESim 4.3 User Mannual[M].France,2006.

  作者简介:杨殿瑜(1981—),男,河北沧州市人,硕士研究生,主要从事导弹武器系统仿真研究.

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