基于amesim的液壓增壓缸的仿真分析

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1、基于AMESim的液壓增壓缸的仿真分析摘要:本文介紹了增壓缸的結(jié)構(gòu)和工作原理,利用AMESim的標(biāo)準(zhǔn)液壓庫和元件設(shè)計(jì)庫(I1CD)構(gòu)建了某液壓系統(tǒng)增壓部分的仿真模型，并對(duì)增壓過程的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了仿真分析，對(duì)增壓缸的設(shè)計(jì)和分析具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞:增壓缸;AMESim;動(dòng)態(tài)性能;仿真分析1引言為便于液壓閥的選型和使用，液壓系統(tǒng)的工作壓力一般設(shè)定為160?190bar。由于實(shí)際工況的需要，主油缸壓力可達(dá)到350bar左右。在這種情況下，通過增壓缸使主油缸獲得較高的工作壓力是一種較為理想的選擇。2增壓缸工作原理增壓缸的工作原理如圖1所示。當(dāng)?shù)蛪河蚉1進(jìn)入到缸左

2、端時(shí)，活塞向右運(yùn)動(dòng),輸出高壓油P2，由靜壓平衡原理可知：P1A1:P2A2(1)其屮：P1輸入的低壓；P2一一輸出的高壓;A1大活塞的面積；A2——小活塞的面積。由（1）式可得：P2=P=PK（2）式中：K增壓比，K=。面積A和A相差越大,K值也越大,增壓的效果越明顯。在系統(tǒng)的壓力一定時(shí),經(jīng)過增壓缸可以使壓力放大K倍,達(dá)到增壓目的。3液壓系統(tǒng)增壓部分原理圖某液壓系統(tǒng)增壓部分原理圖如圖2所示。它由電機(jī)、變量泵、蓄能器、插裝閥、溢流閥和增壓缸等基木元件組成。增壓過程如下：系統(tǒng)壓力油通過插裝閥V10KYV101通電）進(jìn)入到增壓缸的大端，增壓缸小端的高壓油進(jìn)入到

3、主油缸的上腔，產(chǎn)生壓力克服彈性負(fù)載。增壓系統(tǒng)的作用是在盡可能短的時(shí)間內(nèi)使主油缸的壓力達(dá)到要求（由彈性負(fù)載的大小決定），主缸的負(fù)載為彈性負(fù)載，主缸的活塞桿行程要控制在2mm內(nèi)。4基于AMESim的增壓系統(tǒng)模型AMESim所含液壓系統(tǒng)的模型庫中集成了大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)液壓元件的仿真子模型，最人程度地避免了仿真者自行設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)中的特定元件模型，可根據(jù)其物理結(jié)構(gòu)，使用液壓元件設(shè)計(jì)庫里面的最小模型單元搭建完成［1］。4.1在草圖模式下建立液壓系統(tǒng)模型本仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力采用變量泵來實(shí)現(xiàn)，省略了汕路上的冷卻系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)等輔助元件。對(duì)圖2所示的液壓系統(tǒng)，大

4、多數(shù)元件如變量泵、蓄能器、電磁閥和溢流閥就直接調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)液壓庫里的子模型;但是系統(tǒng)中的增壓缸、插裝閥作為特定元件，標(biāo)準(zhǔn)液壓庫無法滿足建模要求。為此采用了AMESim的液壓元件設(shè)計(jì)庫HCD(HydraulicComponentDesign)［2］。應(yīng)用11CD庫建立了如圖3所示的插裝閥的仿真模型以及圖4所示的增壓缸的仿真模型。用以上在標(biāo)準(zhǔn)庫里調(diào)用的和通過HCD庫建立的元件子模型，就可以搭建增壓系統(tǒng)的仿真模型，如圖5所示。4.2在子模型模式下為每個(gè)圖形模塊選取數(shù)字模型進(jìn)入子模型模式;(Submodelmode),力系統(tǒng)屮的每個(gè)圖形模塊選取子模型。AMESim提

5、供了首選子模型(Premiersubmodel)功能。4.3在參數(shù)模式下設(shè)定每個(gè)圖形模塊需要的特定參數(shù)在參數(shù)模式(Parametersmode)下，設(shè)置系統(tǒng)主要的仿真參數(shù)如表1所Zpso4.4在運(yùn)行模式下運(yùn)行仿真進(jìn)入運(yùn)行模式(Runmode),設(shè)置仿真時(shí)間為Is、仿真步長為0.01，按照單步運(yùn)行的運(yùn)行方式開始仿真。5仿真結(jié)果分析5.1增壓缸分析圖6為增壓缸低壓、高壓腔壓力曲線，其中曲線1為低壓腔壓力曲線，曲線2為高壓腔壓力曲線；圖7為增壓缸活塞桿的位移曲線。通過仿真曲線可以看到，增壓缸低壓腔在44ms達(dá)到最大壓力140bar(系統(tǒng)的壓力)，此時(shí)高壓腔的壓

6、力為310bar,可以計(jì)算出實(shí)際的增壓比為2.21，比理論值2.25略小。這是由于增壓缸的泄漏和液壓汕的壓縮造成的；在增壓缸低壓腔達(dá)到最大壓力時(shí)，增壓缸的活塞桿位移為75mm,與活塞桿的最大位移140mm相比，還有很大余量,為了使增壓缸適應(yīng)不同的負(fù)載，其最大位移都要留有余量。5.2主油缸分析圖8為主汕缸活塞桿的位移曲線，圖9為主缸壓制力曲線。通過仿真曲線可以看到，主缸在0.44s達(dá)到了預(yù)定的最大位移2mm，此后保持了穩(wěn)定高壓狀態(tài);達(dá)到最大位移吋主缸最大的壓制力為1.1X107No5.3增壓缸間隙對(duì)増壓系統(tǒng)的影響為了探討增壓缸的泄漏對(duì)系統(tǒng)的影響，通過改變系

7、統(tǒng)仿真模型中增壓缸的徑向間隙,可以得到低壓腔、高壓腔的具體泄漏情況。圖10為增壓缸徑向間隙t=0.01mm時(shí)的池漏流量，圖10(a)為低壓腔泄漏流量，圖10(b)為高壓腔泄漏流量。通過圖10(a)與圖10(b)的對(duì)比可以看出，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)(0.44s),低壓腔、高壓腔泄漏量都很小，但高壓腔的泄漏量相對(duì)較大。同理，圖11為增壓缸徑向間隙t=0.1mm時(shí)的泄漏流量。對(duì)比圖11(a)與圖11(b)可以很明顯的看到，徑向間隙的增大，低壓腔、高壓腔泄漏量都增大，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)(0.44s),低壓腔的泄漏流量為0.63L/min,而高壓腔的泄漏流量為0.96L/mi

8、n,低壓腔的池漏量增長速度更快，但高壓腔的泄漏量始終大于低壓腔,這說明高壓對(duì)系統(tǒng)