基于AMESim的5～10t叉车液压制动系统建模与仿真.pdf

基于 A ME S i m的5 1 0 t 叉车液压制动系统建模与仿真 陈卫平 徐家祥 1安徽和安机械制造有限公司 合肥2 3 0 6 0 1 2安徽合力股份有限公司 合肥2 3 0 6 0 1 摘要以5～1 0 t 内燃叉车行车液压制动系统为研究对象，利用 A ME S i m软件建立了液压制动系统的模型 并进行仿真，从理论上验证了该制动系统的可靠性 ，并对影响液压制动系统动态特性的因素进行了分析。 关键词内燃叉车；液压制动；A M E S i m；仿真 中圈分类号T H 2 4 2 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 4 0 0 7 4 0 3 A b s t r a c t T r a v e l i n g h y d r a u l i c b r a k i n g s y s t e m o f t h e 5 t o 1 0 t o n i n t e r n a l c o m b u s t i o n f o r k l i ft i s a r e s e a r c h o b j e c t i n t h i s p a p e r ．Wi t h AMES i m，t h e mo d e l o f h y d r a u l i c b r a k i n g s y s t e m i s e s t a b l i s h e d a n d the s y s t e m i s s i mu l a t e d，S O tha t r e l i a b i l i t y o f t h i s b r a k e s y s t e m i s v e r i fi e d i n t h e o r y ．F u r t h e r mo r e ，a l l t h e f a c t o r s a ff e c t i n g d y n a mi c p r o p e rt i e s of h y d r a u l i c b r aki n g s y s t e m a r e a n a l y z e d i n t h i s p a p e r ． Ke y wo r d s i n t e r n al c o mb u s t i o n f o r k l i f t h y d r a u l i c b r a k e；AMES i m；s i mu l a t i o n 5～ 1 0 t 内燃叉车制动系统一般分为停车制动 和行车制动 ，停 车制动一般采用制动拉索连接鼓 式制动器实现 ，行 车制动有 真空助力制 动和液压 制动 2种 ，真空助力制动结构较庞大 ，在车辆 上 布置较困难，液压制动因结构小巧、制动可靠， 目前已被广泛用于工程机械。本文以合力 6 t 内燃 叉车行车液压制动系统为研究对象，利用 A M E S i m 软件建立 了叉车液压制动系统 的模型 ，并对影 响 液压制动系统动态特性的因素进行了分析。 1 AME S i m 软件介绍 A M E S i m是 I MA G I N E公司于 1 9 9 5年推出的专 门用 于液压、气动 、机械 、电、磁和热等 系统 的 建模、仿真及动力学分析的优秀软件。它是一个 图形化的开发环境 ，是面向工程系统的高级建模 仿真软件 。 2 液压行车制动动态仿真系统 2 ． 1 液压行车制动系统工作原理 见图 1 液压制动阀在初始位置时制动轮缸在弹簧的 作用下松开制动鼓， 无制动。踩下制动阀至位置 2 为缓冲段，制动轮缸仍然处于松开状态。当制动 阀处于位置3 和4时，供油泵直接提供制动液至制 动轮缸 ，制动轮缸在液压油 的作用下克服 弹簧力 实现制动，同时，多余流量 的液压油 给蓄能 器充 液。当动力单元不工作时，行车制动可以通过蓄 一 74 一 能器提供动力实现制动 。 图 1 液压制动系统工作原理图 2 ． 2 液压行车制动模型的建立 图 2为液压行车制动 系统仿真模型 ，是对液 压制动系统原理图简化而成的，其中将 制动阀简 化成 2个二位三通 电磁阀和 1 个两位两通 电磁阀 ， 制动轮缸简化为单杆弹簧辅助液压缸。 2 ． 3 关键元件的模型和参数设定 在 S k e t c h m o d e中完成系统仿真 图，仿真的关 键是实际系统元件模型 的选择和参数设定。在对 液压系统 的仿 真中，不仅 系统整体结构 的数学模 型起决定性 的作用 ，模 型中的结构参数 和试 验数 据也同样重要 。 发动机 P M0 0 0是 一个匀速原 动力 、速 度完 全独立于轴的扭矩。根据实际情况设 定轴 的转速 起重 运输机械 2 0 1 2 4 1 图2 液压行车制动系统仿真模型 为 1 0 0 0 r ／ m i n 。 液压制动 阀被分解简化 为 2个两位 三通 电 磁 阀和 1个两位两通 电磁 阀，用于模拟制 动 阀不 同位置时的工作状态 。 安全溢 流 阀在不 考虑 动力 学 因素 条件 下 ， 设置导通 时压力特性 曲线 为线性 ，根据 系统要求 最高压力设定为 1 3 MP a 。油箱模型被简化为压力 为 0的恒压源。 蓄能器 以流量为输 入 ，压 力为输 出，设 定 充气压力为 1 0 MP a ，体积为 0 ． 1 L ；不考虑单向阀 动力学因素 ，导通时压力特性 曲线为线性。 制动轮缸 为一个带质量块 的单杆 弹簧辅助 液压缸子模型 ，与实际的制动轮缸较接近。 液压泵 为一个理想 的定量液压 泵模 型，流 量损失和机械损失完全 由轴 的转速、泵 的排 量和 进 口压力决定。设定泵的排量为 3 ． 5 m l ／ r 。 2 ． 4 仿真结果分析 根据参 数设置 ，对整 个系统进行仿 真 ，仿 真 时间为 7 s ，采样间隔为 0 ． 1 S ，图 3为 3个信号值 的加载信号图。0～1 S 为 自由状态 ，1 ～3 S 模仿系 统由泵直接供油到制动器，并给蓄能器充液，3～ 5 s 为蓄能器提供压力源供制动，5 7 S 为松开状态。 图4是泵和蓄能器压力 图，根据制动器对制动 力的需求，蓄能器最低工作压力为 6 ． 5 MP a ，额定 压力为 1 0 MP a 。由图 4可看出充液过程 中蓄能器压 力的上升取决于泵的压力的变化。第 2 S 充液 阀对 蓄能器充液，约 0 ． 8 S 充液完成 ；2 s 后 ，由于制动 阀打开 ，蓄能器液压油流人制动器内，蓄能器压力 起重运输机械 2 0 1 2 4 l O 0 8 0 6 O 4 0 2 a 两位三通电磁阀 1 b 两位三通电磁阀 2 c 两位两通电磁阀 图3 电磁阀加载信号图 迅速降低至9 ． 6 M P a ，直至下一次液压释放，压力 保持不变，且大于制动器最小需求压力 6 ． 5 M P a 。 1 O 至 毒 2 O 时间／ s 时间／ s a b a 泵出口压力 b 蓄能器压力 图4 泵和蓄能器压力变化图 时间／ s 1 ． 0 ． 0 8 L蓄能器2 ． 0 ． 1 L蓄能器 图5 蓄能器压力释放图 一 7 5 基于神经网络的机械 C A D系统研究 胡东明 江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院无锡2 1 4 0 2 3 摘要结合机械产品的特点，探讨了将神经网络技术应用于设计 过程的重要意义。根据神经网络 的 原理和算法推导 ，设计了知识库模型和推理机控制系统，并构建整个机械 C A D系统的框架结构。以门式起 重机的设计过程为例 ，验证了神经网络应用于 C A D系统 的合理性与有效性 ，实现 了机械产 品的 自动化设 计 。 关键词 神经网络；B P算法；知识库；C A D系统；门式起重机 中图分 类号 T H1 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 4 0 0 7 6 0 4 Ab s t r a c t C o mb i n e d w i t h c h a r a c t e r i s t i c s o f me c h a n i c a l p r o d u c t s ，t h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e s i g n i fi c a n c e a p p l y i n g n e u r a l n e t wo r k t e c hn o l o g y t o d e s i g n pr o c e s s ．Ba s e d o n t h e t h e o r y a nd a l g o r i t hm d e r i v a t i o n o f n e u r a l ne t wo r k，kn o wl e dg e b a s e mo d e l a n d r e a s o n i n g ma c h i n e c o n t r o l s y s t e m a r e d e s i g n e d a n d f r a me c o n s t r u c t i o n o f t h e w h o l e me c h a n i c a l CA D s y s t e m i s b u i l t ． T a k i n g d e s i g n p r o c e s s of t h e g a n t ry c r a n e a s a n e x a mp l e ，t h e r a t i o n a l i t y a n d e ff e c t i v e n e s s a p p l y i n g n e u r a l n e t wo r k t o C AD s y s t e m，w h i c h r e a l i z e s a mo ma t i o n d e s i g n of me c h a n i c al p r o d u c t s ，i s v e ri fi e d ． Ke ywor ds n e u r a l n e t wo r k；BP a l g o rit hm；k n o wl e d g e b a s e；CAD s y s t e m ；g a nt ry c r a n e 复杂机 械产 品的设 计过程 存在参数 变量 多、 变量数学关 系复杂 、对象行 为动态变 化等 问题 。 尽管机械工程产品有很 多设计方法 ，也开发 了参 数化绘图的专家 系统 ，以实现设计的 自动化 ，但 是仍不能脱离工程师的参与 ，缺乏灵活性。 神经网络 的特点和信息处理功能适 于解决 机 械设计中遇到的这些 问题 。神 经网络的主要特征 是大规模模拟并行处理 、信息 的分 布式存储 、连 续时间非线性动力学、全局集体作 用、高度 的容 错性以及 自组织 、自学 习 、实时处理 能力。可直 接输入范例 ，信息处理分布于大量神经元 的互联 中，并具有冗余性。神经元的 “ 微”活动构成了 图 5为模拟蓄能器充满液体后 ，供油泵不供 油的状态下 ，只有蓄能器提供压力的制动压力 曲 线图 蓄能器压力 。电磁阀信号 两位三通电磁 阀 1不得 电为 0 ，两位三通电磁 阀 2不得 电为 0， 两位两通 电磁阀按每 2 S 得 电一次。按设计要求 ， 蓄能器需满 足制动 3次 以上。从 图 5可 以看 出， 0 ． 1 L和 0 ． 0 8 L的蓄能器在充液压力为 9 MP a时， 0 ． 1 L蓄能器可以满足设计要求。 3 结论 运用 A ME S i m软件对 5～1 0 t 叉车液压制动系 统进行仿真 ，仿 真结果证 明 ，该叉车液压 制动系 统满足要求 ，充液过程 中蓄能器压力 的上 升取决 于泵输 出压力 的变化 。蓄能器体积越大 ，在泵停 止工作后可提供 的制动次数越多 ，但需要 考虑蓄 一 7 6 一 能器的体积与经济性 的关系 ，在满足要求 的条件 下选择最经济的蓄能器容积。 参考文献 [ 1 ]左健民．液压与气压传动 [ M] ．北京 机械工业出版 社 ，2 0 0 0 ． [ 2 ]成大先 ．机械设计手册 [ M] ．北京化学工业 出版 社 ，2 0 0 2 ． [ 3 ]李芝 ．液压传动[ M] ．北京机械工业出版社 ，2 0 0 2 ． 作 者 陈卫平 地 址 安徽省合肥市经开区卧云路 1 6 3号合力股份有 限公 司新技术研究所 邮 编 2 3 0 6 0 1 收稿 日期 2 0 1 1 1 1 3 0 起重运输机械 2 0 1 2 4