師平，白亞瓊

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基于AMESim的YQS-B型液壓實訓(xùn)臺系統(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)生在液壓實踐教學(xué)過程中的動手能力，解決學(xué)生在實踐過程中頻繁出現(xiàn)搭建的液壓或氣動控制回路出錯以及電氣回路與液壓或氣動回路不能協(xié)同工作的問題，采用AMESim軟件進(jìn)行仿真。為實踐教學(xué)提供參考依據(jù)，減少設(shè)計液壓系統(tǒng)的缺陷，以YQS-B型液壓實訓(xùn)臺的液壓系統(tǒng)壓力為例進(jìn)行說明。

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

液壓系統(tǒng)壓力實驗采用液壓缸作為實驗缸，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，活塞便被推動上升。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、桿件的重力等對液壓缸工作壓力的影響以及液壓缸外負(fù)載變化時對液壓缸工作壓力的影響。同時利用AMESim軟件中的控制庫、液壓庫以及液壓元件設(shè)計庫建立液壓系統(tǒng)的仿真模型，實現(xiàn)物理系統(tǒng)模型化，為液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。

1 液壓系統(tǒng)仿真模型建立

本文以YQS-B型液壓實訓(xùn)臺為載體，搭建實物的液壓元器件。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、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)中的啟動液壓泵電機轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，液壓泵（齒輪泵）的轉(zhuǎn)速也為1 000 r/min，液壓缸運動時間為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，活塞、桿件的重力不變，液壓缸摩擦阻力系數(shù)大小會影響到液壓缸進(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，液壓缸位移了0.1 m，進(jìn)口壓力在0.08 s時最大升到大約28.5 MPa，出口壓力在0.14 s時升到13.5 MPa；而在液壓缸摩擦阻力系數(shù)為1 N時，液壓缸位移了0.1 m，進(jìn)口壓力在0.07 s時最大升到28.3 MPa，出口壓力在0.15 s時升到13 MPa。從中可以看出液壓缸摩擦阻力系數(shù)大小對壓力影響不明顯。

圖3 摩擦阻力系數(shù)為0.5 N時液壓缸兩端口的壓力曲線

圖4 摩擦阻力系數(shù)為1 N時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，實驗應(yīng)在液壓阻力不變的情況下進(jìn)行。負(fù)載為100 kg時液壓缸兩端口的壓力曲線如圖5所示，負(fù)載為400 kg時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，液壓缸位移0.1 m用時0.07 s，壓力達(dá)到大約13 MPa；而在負(fù)載為400 kg時，液壓缸位移0.1 m用時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。由此我們可以在計算機上進(jìn)行液壓仿真實驗，研究實際液壓與氣動系統(tǒng)的各種工作狀況，確定最佳參數(shù)匹配。在YQS-B型液壓實驗臺系統(tǒng)壓力形成實驗的模擬仿真中，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軟件對其液壓回路設(shè)計與仿真，使得液壓系統(tǒng)和液壓元件的設(shè)計缺陷在物理成型前就得到處理，設(shè)計周期極大縮短、設(shè)計成本降低，提高學(xué)生在液壓實踐教學(xué)過程中的動手能力，減少學(xué)生在實踐過程中頻繁出現(xiàn)搭建的液壓或氣動控制回路出錯率高的情況。

圖5 負(fù)載為100 kg時液壓缸兩端口的壓力曲線

圖6 負(fù)載為400 kg時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)計庫的液壓系統(tǒng)建模與仿真研究［J］.機床與液壓，2012（13）.

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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)院院級基金項目（16XHKY-008）

師平（1982—），男，陜西咸陽人，碩士，講師，研究方向為機械制造與自動化。白亞瓊（1983—），女，云南昆明人，碩士，講師，研究方向為機械設(shè)計。