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AMESim仿真技術(shù)在小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

文檔作者：龔進冀謙郭勇張德勝文檔來源：中南大學(xué)機電工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年09月10日
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應(yīng)用動
AMESim仿真技術(shù)在小型液壓挖掘機液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用
龔進，冀謙，郭勇，張德勝
(中南大學(xué)機電工程學(xué)院， 期南長沙410083)
【月硯洲
井一琴一墨瞥翼瓣獷
摘熟 對AAt E”軟件及其基本特征做了簡單介紹;應(yīng)用AMESim建模仿真技術(shù)對挖掘機動臂液壓系統(tǒng)進行仿真，并把仿耳納攀
與 實 測 結(jié)果進行比較分析。結(jié)果表明，仿真模型是實際模型的正確反映
關(guān)健 詞 : AMESim 仿真;液壓挖掘機;液壓系統(tǒng);動臂
中 圖 分 類號:TU621 文獻標(biāo)識碼:A 文章門號:1009-9492 (2007) 10-0111-04
1引言
AM E Sim (Advanced Modeling Enviornment for Performing
Simulation of Engineering Systems，工程系統(tǒng)仿真
高級建模環(huán)境)是IMAGINE公司于1995年推出的基于鍵
合圖的一個圖形化開發(fā)環(huán)境，專門用于液壓/機械系統(tǒng)的
建模、仿真及動力學(xué)分析。
AM E Sim 專門為液壓系統(tǒng)建立了一個標(biāo)準(zhǔn)仿真模型庫，
包含120多個不同復(fù)雜程度的模型。鑒于液壓系統(tǒng)的元件
多式多樣，標(biāo)準(zhǔn)庫無法滿足所有建模要求，AMESim提供
了一個基本元件設(shè)計庫HDC (Hydraulic component design),
HDC是一個強大的工具，包含了任何機液系統(tǒng)的基
本結(jié)構(gòu)單元模塊。利用HDC，用戶可以建立標(biāo)準(zhǔn)庫中沒有
的液壓模型。
2基干AMESim的小型液壓挖掘機動借(下
降)的液壓系統(tǒng)仿真
2.1動胃下降工作原理
采 用 節(jié) 流系統(tǒng)的小型液壓挖掘機動臂工作的液壓系統(tǒng)
原理圖如圖1和圖2所示。
圖2 小型液壓挖掘機動臂下降液壓工作原理圖
圖1 小型液壓挖掘機動臂液壓工作原理圖
2.2仿真徽型的趁立
整 個 液 壓系統(tǒng)主要由泵、多路閥、液壓缸和負載組
成。下面將分別對其中三種主要元件進行分析，并確定參
數(shù)建立相應(yīng)的仿真模型。
(1 ) 液壓 泵
AM ES im 軟件中關(guān)于泵的模型有幾種，如單向定量泵、
雙向定量泵、單向變量泵、雙向變量泵、壓力調(diào)節(jié)泵。文
章研究的液壓系統(tǒng)所用液壓泵采用的是一種近似恒功率泵。
根據(jù)實際泵的模型及AME Sim軟件中各種泵模型的具體應(yīng)
用范圍，選用壓力調(diào)節(jié)泵作為仿真泵的模型。
泵 與 發(fā) 動機是相連的，對系統(tǒng)進行測試時，使發(fā)動機
在額定轉(zhuǎn)速下工作，其額定轉(zhuǎn)速為:2300r/min.
測 得 泵 的出口壓力與排量曲線如圖3所示。
收稿日期:2007-05-31
萬方數(shù)據(jù)
息技術(shù)
動~
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閥 芯 與 各處的節(jié)流J[死區(qū)尺寸如圖5所示
從 圖 5 中可以看出，在閥芯中有 6處存在節(jié)流口，文
章所研究內(nèi)容為動臂下降的單動作，此時起作用的節(jié)流口
只有3處，它們分別是2、3、6，所以只需對這三處的尺
寸進行測量即可得到所要參數(shù)
21 5‘ ，氏32 42 (目P目
圖3 泵出口壓力與排量曲線
(2 〕 多 路閥
在 AM E Sim軟件中，有兩種定義元器件的方式，第 -
種:直接調(diào)用AMEsim 里現(xiàn)有模型;第二種:通過
AMESim提供的一些小單元來自行搭建元器件
AM E ism 里現(xiàn)有閥的模型只能定義時間與所流過閥的
流量之間的關(guān)系，而文章研究的液壓系統(tǒng)所用多路閥為液
壓先導(dǎo)式換向閥，研究重點是各種形狀的節(jié)流槽與節(jié)流面
積之間的關(guān)系。所以軟件中所提供的模型不能直接利用，
須通過上述中的第二種方法來搭建模型。經(jīng)過研究閥聯(lián)的
內(nèi)部結(jié)構(gòu)及AMEsim軟件所提供的各種元器件模型，所搭
建的AMEsim多路閥模型如圖4所示
圖5 閥芯與各處的節(jié)流日死區(qū)尺寸
3) 先 導(dǎo) 壓力
先 導(dǎo) 壓 力是用液壓綜合測試儀mltuissyetm 5O05 實測
的，所測壓力曲線如圖6所示。
閥芯 與 各 處的節(jié)流口死區(qū)尺寸如圖6所示。
卿鸚熬攀櫻黔縛攀黔葉、
圖4 AMESim多路閥模型
多 路 閥 參數(shù)確定:
1) 彈 簧
①彈 性 系 數(shù)的測量
測 量 原 理:對彈簧緩慢加力，讓其勻速運動，根據(jù)公
式凡k·%，求得k月9，9N/Inln 。
②彈 簧 預(yù) 緊力
閥 芯 在 中位時，閥芯兩端的彈簧有一定的壓縮量，所
以存在預(yù)緊力。預(yù)緊力的大小與液壓先導(dǎo)力推動閥芯所需
的起始力的大小是相等的。
先 導(dǎo) 壓 力作用在閥芯上的面積為:
圖6 動臂下降時的實測先導(dǎo)壓力曲線
，=二、。{答}’=63放、mmZ)
因 此 ， 預(yù)緊力:戶P·A二63石Zxlo人02x10性1272(N)
2) 閥 芯 及閥體
① 閥 芯 質(zhì)量
閥 芯 質(zhì) 量是用電子天秤進行稱量的。稱得其質(zhì)量為
125.249。
② 各 處 節(jié)流口的形狀及尺寸，及節(jié)流口與閥體配合時
的死區(qū)長度。
()3 液 壓 缸和負載
在 動 臂 下降的過程中，雖說對整個挖掘機來說是空
載，但對動臂來說是有負載的，因為動臂油缸還要支撐動
臂、斗桿、斗桿油缸、鏟斗和鏟斗油缸，在動臂下降的過
程中，這個力的大小是時刻在變化的。在文章中，是通過
在動臂油缸的一端加一負載力曲線來體現(xiàn)這一作用力的，
其AMES皿的模
型如圖7所示，
液壓缸負載特性
曲線如圖8所示。
晝)伽恒震氫
圖7 AMEsim液壓缸和負載模型
萬方數(shù)據(jù)
應(yīng)用動
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圖8 液壓缸負載特性曲線
(4 )整 個 系統(tǒng)的AMESim模型
通 過 以 上搭建的各液壓元器件的模型，把它們組合在
一起就是個完整的動臂下降的AMESim液壓系統(tǒng)模型，
如圖9所示
④ @
5050進行了實測，所測得的壓力曲線如圖11所示。
在 圖 I1 中:
曲 線 1— 液壓缸下降時有桿腔壓力曲線;
曲 線 2— 液壓缸下降時無桿腔壓力曲線;
曲 線 3— 液壓缸下降時泵出口壓力曲線。
()3 仿 真與實測結(jié)果比較
不 同 之 處:
① 實測 曲 線的8.8，左右有一個壓力驟增的過程，這是
在實際操作時，出現(xiàn)說流時的狀態(tài)，而在仿真過程中沒有
考慮這一動作，所以在仿真曲線中沒有出現(xiàn)此狀態(tài);
② 對比 兩 圖中泵的出口壓力曲線，在圖10中從。-1.5s
左右壓力一直為0，而圖11中大概為156ar,這主要是由
于在實際中油直接回汕箱時存在的回油背壓，在仿真時沒
有考慮回油背壓;
③ 對比 兩 圖中有桿腔的壓力曲線，在圖10中從。一1.5
秒左右壓力一直為0，而圖11中大概為286ar左右，這主
要 是 由 于 挖 掘
機 在 沒 有 動 作
時 里 面 也 充 滿
不不不石斗落4早而而_ 了液壓油而產(chǎn)
辱.K③
LJ 目
圖 9 動臂下降時的AMESim液壓系統(tǒng)模型
3模型驗證與結(jié)果分析
(封 仿 真 結(jié)果
把 上 述 參數(shù)加人仿真模型，進行了仿真，其部分參數(shù)
曲線如圖to所示
在 圖 01 中
曲線 1- 液壓缸下降時有桿腔壓力曲線;
曲線 2- 液壓缸下降時無桿腔壓力曲線;
曲線 3— 液壓缸下降時泵出口壓力曲線。
(2 )實 測 結(jié)果
為 了 驗 證仿真結(jié)果的正確性，對挖掘機下降時有桿
腔，無桿腔及泵出口的壓力用綜合測試儀multieystem
生的壓力，而
仿真時沒有考
慮此種狀態(tài)。
相 同 之 處;
從 圖 10中
可以看出:從
1.5 -8s左右，
仿真曲線與實
測曲線不管是
從曲線的變化
趨勢，還是曲
線上相應(yīng)的數(shù)
值都是非常接
近的。而L5-
8s左右是挖掘
機動臂下降正
常動作的時間，這段時間里的仿真結(jié)果與實測結(jié)果的一致
性，可以得出:仿真模型是實際模型的正確反映。
1
2_ _ _
3
圖10
0 7 4 s 日 10
1S m P閣
液壓缸無桿腔、有桿腔壓力及泵的出口壓力仿真曲線
萬方數(shù)據(jù)
息技術(shù)
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圖11 液壓缸無桿腔、有桿腔壓力及泵的出口壓力實測曲線
行了仿真建模，仿真結(jié)果與實測結(jié)果基本吻合，仿真模型
是實際模型的正確反映。因此，AMESim對挖掘機液壓系
統(tǒng)的設(shè)計和分析有十分重要的作用。
參考文獻:
[11秦家升，井善蘭.AMESim欲件的特征及其應(yīng)用〔J1.i租
機 械 ， 2004, (12);6 -8.
[2〕付永領(lǐng)，4R曉開. AMESim系跳建模和仿真— 從入門到精
通 [M 〕 北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006
[31黃宗益，葉偉，李興華.液壓挽棲機液aA統(tǒng)棍述[11.建
筑 機 械 化，2003, (9), 12-16.
[41冀宏.傅斷.楊華勇.幾種典型液壓間口過流面稱分析及計
算 [ J] .機床與液壓.2003, (05), 14-16
【5]W霍夫受，等液壓元件及系統(tǒng)的動態(tài)仿真[M].杭州:浙
is 大 學(xué) tN版社.1988.
4結(jié)論
(1 )利 用 AMESim圖形化的建模方法對挖掘機液壓系
統(tǒng)進行仿真，避免了繁瑣的公式推導(dǎo)，顯示了AMESim是
一個方便、高效、直觀的動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真分析工具。
(2 )應(yīng) 用 AMESim對小型液壓挖掘機動臂液壓系統(tǒng)進
第一作者簡介:龔進。男。1963年生，湖南益陽人.碩士，副
研究員.高級工程師。研究領(lǐng)城:工程裝備電液控制及機電一體
化。已發(fā)表論文20篇。
(編 輯 :向 飛 )
爭升月斗冷爭升爭升爭奮務(wù)爭奮4爭奮于爭奮M" 令子爭于ae 崢羚升升唱冷升升洲啥冷升升升爭爭升升爭升卜粉爭升資升升曙玲升
(上 接 第 43頁)
(2 ) 軟 件設(shè)計思路
由于 系 統(tǒng) 有兩種工作方式，所以軟件的設(shè)計有兩個分
支。對于手動工作方式，主要控制功能是由人工操作的，
通過不同的按鍵實現(xiàn)不同的動作，這時軟件的功能就是把
按鍵輸人信號直接變成輸出信號，驅(qū)動相應(yīng)的機構(gòu)動作。
對于自動工作方式，軟件的功能一方面是不斷讀取相應(yīng)輸
人信號，如光電開關(guān)、位置開關(guān)等狀態(tài)值，同時要根據(jù)這
些狀態(tài)值結(jié)合上下動作時序，作出下一步動作的判斷，并
輸出相應(yīng)的信號，通過驅(qū)動電路驅(qū)動機構(gòu)動作。另外，軟
件部分還有運行狀態(tài)顯示、結(jié)果顯示、報警、故障應(yīng)急處
理等等功能。
系 統(tǒng) 主 程序流程圖如圖3所示。
(3 ) 軟 件設(shè)計中的幾個問題
① 動 作 互鎖。為了保證檢測機構(gòu)動作的順序性，系統(tǒng)
在軟件設(shè)計上采用了前后動作互鎖功能，使前后動作不能
錯位，并且沒有前面的動作后面的動作就不能進行。
② 斷 電 保護。系統(tǒng)所使用的狀態(tài)元件、定時器和數(shù)據(jù)
處理器均采用電池作為后備元件，當(dāng)突然掉電時，可啟動
電池電源以保護現(xiàn)場數(shù)據(jù)等。
③ 故 障 應(yīng)急處理。當(dāng)遇到電氣、機械故障或意外情況
時軟件按超時進行處理并報警，終止正在進行的動作，然
后進人手動方式進行故障處理。
5結(jié)束語
由于 PL C具有使用靈活方便、性能穩(wěn)定、可靠性高、
成本低等優(yōu)點，在工業(yè)、通信等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。該
軸承質(zhì)量自動檢測系統(tǒng)采用PLC可編程控制器作為系統(tǒng)的
控制中心，實現(xiàn)了在軸承生產(chǎn)線上的自動上料、定位、檢
測、卸料及分選等功能，與之前的人工手動測量方式相
比，測量精度、工作效率和可靠性大大提高，降低了人工
勞動強度，并且降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。
.考文獻:
[l]梅宏斌.滾動抽承振動監(jiān)剝與診斷一理論、方法、系統(tǒng)
[M ] . 北京:機械s業(yè)出版社，1996
L2〕王衛(wèi)兵， 高俊山.可編程序徑制器原理及應(yīng)用[M].第2
版 ， 北 京:機械工業(yè)出版社，2002.
【3〕王兆義小型可編租拉制器實用技術(shù)【M〕北京:機械二業(yè)
出 版 杜 ，1996.
第一作者簡介:李猛，男，1982年生，山東濟寧人，碩士。研
究領(lǐng)域:工業(yè)監(jiān)控。
(編 拜 :梁 玉 )
萬方數(shù)據(jù)

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