賀啟強(qiáng) 肖姝 杭發(fā)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(yíng) 257000)

AMESim軟件及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用

賀啟強(qiáng) 肖姝 杭發(fā)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(yíng) 257000)

AMESim軟件是一款多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)仿真平臺(tái),是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主流軟件之一。本文通過(guò)介紹AMESim軟件及其應(yīng)用特點(diǎn),并結(jié)合具體實(shí)例的建模和仿真過(guò)程,分析了其在液壓系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)并預(yù)測(cè)了其在行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)。

液壓系統(tǒng) 仿真軟件 AMESim

0 引言

傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)往往基于機(jī)械功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),在樣機(jī)試制成功后往往通過(guò)型式試驗(yàn)、投入生產(chǎn)實(shí)踐、進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)并反復(fù)循環(huán)的過(guò)程,造成大量的人類、物力耗散在樣機(jī)的試制和改進(jìn)階段。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段,在成品成型之前進(jìn)行必要的優(yōu)化和修正,加快了設(shè)備改進(jìn)步伐。當(dāng)前,借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),也是進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的必然要求[1]。

典型的實(shí)例是,基于傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng),往往只能設(shè)計(jì)產(chǎn)品的額定排量、轉(zhuǎn)速、額定扭矩等靜態(tài)參數(shù),而無(wú)法反映液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度等動(dòng)態(tài)特性,因此,對(duì)于液壓系統(tǒng)優(yōu)化更是缺少必需的分析手段,而AMESim軟件為用戶提供了一個(gè)對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化分析的綜合平臺(tái)。

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(xué)科領(lǐng)域、復(fù)雜系統(tǒng)的仿真平臺(tái),尤其是應(yīng)用在液壓/機(jī)械系統(tǒng)的建模、仿真及動(dòng)力學(xué)分析的專業(yè)軟件。軟件集合流體、機(jī)械、熱流體和控制系統(tǒng)等模塊,為用戶提供一個(gè)完善、專業(yè)、友好的仿真優(yōu)化平臺(tái),并可與其他主流軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真。

AMESim軟件采用的建模方法類似于功率鍵合圖法,通過(guò)圖形方式來(lái)描述系統(tǒng)中各元件的相互關(guān)系,能夠直觀反映各元件間的負(fù)載效應(yīng)及系統(tǒng)中功率流動(dòng)情形,與功率鍵合圖不同的是,AMESim軟件能更直觀反應(yīng)系統(tǒng)工作原理,其對(duì)元件間數(shù)據(jù)傳遞個(gè)數(shù)沒(méi)有限制,方便用戶進(jìn)行多參數(shù)優(yōu)化。

區(qū)別于其他仿真軟件,AMESim的最大優(yōu)勢(shì)在于可以在仿真過(guò)程實(shí)現(xiàn)方程特性的監(jiān)測(cè)并自動(dòng)獲取最佳結(jié)果。

圖1 AMESim中液壓元件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)

圖2 AMESim中HCD設(shè)計(jì)庫(kù)

圖4 給定信號(hào)和液壓缸實(shí)際信號(hào)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(jìn)出口流量曲線

此外,AEMSim軟件還可以與其他軟件進(jìn)行聯(lián)合實(shí)現(xiàn)混合仿真,其過(guò)程只需在各自子系統(tǒng)完成建模,而后進(jìn)行聯(lián)合仿真,最后用各軟件完成各領(lǐng)域結(jié)果分析。

2 AMESim在液壓系統(tǒng)中應(yīng)用[9-10]

AMESim包含機(jī)械、液壓、熱流體等標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù),圖1所示的是其液壓標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)無(wú)法滿足建模要求的,AMESim還提供一個(gè)基本元件庫(kù)設(shè)計(jì)HCD(Hydraulic Component Design),如圖2所示,利用HCD設(shè)計(jì)庫(kù),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(tǒng)仿真模型如圖3所示,該系統(tǒng)中,位移傳感器將液壓缸位置信號(hào)反饋回來(lái)作為一個(gè)信號(hào)與用戶給定的信號(hào)進(jìn)行比較,二者的差值經(jīng)放大器后作為電磁換向閥的輸入信號(hào)并控制換向閥的開(kāi)口大小,從而實(shí)現(xiàn)液壓缸活塞桿的比例控制。

仿真過(guò)程分4步,分別是：建立系統(tǒng)草圖,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)(子)模型,在參數(shù)設(shè)置模式下完成各元件的參數(shù)設(shè)定,最后進(jìn)行系統(tǒng)仿真。

圖4為給定信號(hào)和液壓缸實(shí)際位移對(duì)比曲線,可以發(fā)現(xiàn),二者十分接近。同時(shí),系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)一個(gè)7S的偏差比較并調(diào)整后到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

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(tǒng)偏差結(jié)束后與液壓泵出口流量一致并達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

如圖6所示,系統(tǒng)處于不穩(wěn)定階段,液壓缸進(jìn)出口流量差別較大,在忽略其他因素影響條件下,仿真結(jié)果比較接近真實(shí)情況。

3 結(jié)語(yǔ)

液壓仿真軟件AMESim不僅可以指導(dǎo)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),建立已有產(chǎn)品仿真模型并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,還可以對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行仿真研究,其操作過(guò)程也很人性化。憑借其圖形化用戶界面、強(qiáng)大的模型庫(kù)和完整的軟件接口技術(shù),在未來(lái),必將在機(jī)械液壓行業(yè)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

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

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

[3]李吉,李華聰.仿真軟件AMESim應(yīng)用研究[J].航空計(jì)算技術(shù),2006,36(1):56-58.

[4]王亮,韓虎,高潔.液壓系統(tǒng)仿真軟件及其應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2007,28(12):102-104.

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

[6]潘東升,陳松茂,丘宏揚(yáng)等.液壓仿真技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].新技術(shù)新工藝,2005(4):7-11.

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

[8]鄧習(xí)樹(shù),李自光.當(dāng)前液壓系統(tǒng)仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)在及趨勢(shì)[J].機(jī)床與液壓,2003(1):20-22.

[9]余佑官,龔國(guó)芳,胡國(guó)良.AMESim仿真技術(shù)及其在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].液壓氣動(dòng)與密封,2005(3):28-31.

[10]付永領(lǐng),祁曉野.AMESim系統(tǒng)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.

賀啟強(qiáng)(1984—),湖北黃岡人,助理工程師,2010年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè),碩士研究生,現(xiàn)主要從事機(jī)械采油技術(shù)研究與推廣工作。