基于ADAMS与EASY5的40kN液压起重机联合仿真.pdf

2 0 1 5年 8月 第 4 3 卷 第 1 6 期 机床与液压 MACHI NE T0OL HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 1 6 ． 0 3 7 基于 A D A M S与 E A S Y 5的 4 0 k N液压起重机联合仿真 程学进 ，王庆安 ，许同辉 1 ．淮阴工学院机械工程学院，江苏淮安 2 2 3 0 0 3 ；2 ．江苏省神工机械制造集团有限公 司，江苏淮安 2 2 3 0 0 3 摘要以液压起重机为研究对象，在 U G软件中完成结构的三维建模，导人动力学仿真软件A D A MS中建立液压起重机 的虚拟样机模型，利用 E A S Y 5 软件建立起重机的液压系统模型，通过设计软件数据接口实现了液压起重机的机械／ 液压联 合仿真。结果表明虚拟样机模型与液压系统模型实现了无缝联接，验证了联合仿真方法的有效性与实用性 。 关键词起重机；A D A M S软件；E A S Y 5软件； 机械／ 液压联合仿真 中图分类号T P 3 9 1 ． 9 文献标志码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 1 6 1 1 6 3 Co． s i mu l a t i o n o f 4 0 kN Hy d r a ul i c Cr a ne Ba s e d o n ADAMS a n d EASY5 C H E N G X u e j i n g ，WA N G Q i n g ’ a n ，X U T o n g h u i 1 ． F a c u l t y o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，H u a i y i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， H u a i a n J i a n g s u 2 2 3 0 0 3 ，C h i n a ； 2 ． J i a n g s u S h e n g o n g Ma c h i n e r y Ma n u f a c t u r e C o ． ，L t d ． ， H u a i a n J i a n g s u 2 2 3 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n a h y d r a u l i c c r a n e ，a t h r e e d i me n s i o n mo d e l wa s b u i l t i n U G s o f t w a r e ，a n d i t wa s i mp o r t e d i n t o a d y n a mi c s s i mu l a t i o n s o f t wa r e ADAMS t o o b t a i n e d a v i rt u a l p r o t o t y p e mo d e l o f t h e h y d r a u l i c c r a n e ．T h e h y d r a u l i c c o n t r o l l i n g mo d e l o f t h e c r a n e wa s b u i l t wi t h E AS Y5 ．T h e C O s i mu l a t i o n w i t h me c h a n i c a n d h y d r a u l i c s y s t e m o f t h e h y d r a u l i c c r a n e wa s c o mp l e t e d t h r o u g h t h e d e s i g n e d d a t a i n t e r f a c e o f t h e s o f t wa r e ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o t o t y p e mo d e l a n d t h e h y d r a u l i c mo d e l c a n b e c o n n e c t e d s e a ml e s s l y a n d t h e me t h o d o f C O s i mu l a t i o n i s e f f e c t i v e a n d p r a c t i c a 1 ． Ke y wo r d s C r a n e ； ADAMS s o f t w are ；E AS Y5 s o f t wa r e ；C o ． s i mu l a t i o n o f me c h a n i c a n d h y d r a u l i c 液压起 重机作 为一种 常见 的甲板设备 ，包含 了机 械、液压、电气等多个子系统 ，且工况多变，其液压 系统的性能直接影响整台设备的性能。随着计算机技 术的不断进步。由最初的单一系统分析逐淅发展到将 液压系统与机械、电气等系统耦合起来进行分析成为 可能[ 1 ] 。利用虚拟样机技术，分别建立液压起重机 的机械系统与液压系统模型，并通过 A D A M S的 C o n ． t r o l s 模块与 E A S Y 5软件建立实时通信，实现 A D A M S 和 E A S Y 5之间的联合 仿真 。为 液压起 重机 的设 计与 试验分析提供一种方便快捷的途径。 1 机械系统建模 1 ． 1 建立三维模型 在 A D A MS中进行运动学、动力学分析时 ，只需 考虑零件的质量和质心 ，而对零件 的外部形状可不予 考虑。但若能获得准确的零件形体描述，A D A MS自 动计算 的零件 质量 和质心位 置也 就越精 确。由于 A D ． A MS 软件的三维建模功能相对较弱，但其提供了与 通用 C A D软件的接 口．可利用 U G软件进行建模和 装配．再以P a r a s o l i d格式导入 A D A MS中进行仿真分 析 。 该液压起重机主要 由吊臂 、回转体及 回转 支座等 组成 ，可实现变幅 、起 升及 回转动作 ，分别 由变幅油 缸与液压 马达 来完 成 。在满 足 工程 应用 需 要 的前 提 下 ．对起重机模型做 了一些合 理 的简化 ，然后 在 U G 软件中绘制出了各零件的三维模型。并且对其进行装 配 。 1 ． 2建立虚拟样机模型 将 U G中建立的起重机三维模型以 P a r a s o l i d 格式 导人 A D A MS中 。设 置 各个 零件 的名称 和显 示颜 色 ， 定义零件的材料属性 以及各个零件之 间的运动副约束 关系 、欲输 出结果 、仿真基本参数等 ，最后得到起重 机 的虚拟样机模型 ，如图 1 所示 。 图 1 起重机虚拟样机模型 收稿 日期 2 0 1 4 0 6 - 2 7 基金项目淮阴工学院青年基金 H G C 0 9 0 9 ；淮安市科技支撑项 目 H A G 2 0 1 1 0 1 3 作者简介 程学进 1 9 7 7 一 ，男 ，硕士 ，讲 师 ，研究方 向为机电液一体 化。E m a i l c h x j 0 8 2 0 1 6 3 ． c o rn。 第 1 6期 程学进 等基于 A D A MS与 E A S Y 5的4 O k N液压起重机联合仿真 1 1 7 2 液压 系统建模 该起重机液压驱动 系统 由两个 独立的液压马达与 一 个工程液压缸 构成 ，分别 实现起重机的 回转 、起升 与变幅等动作。文中只针对变幅动作进行联合仿真 ， 在液压系统图基础上 ，依据 E A S Y 5的工程应用液压 库的特点 ，在不影响分析结果的原则上将原系统进行 了适当的简化，建立的变幅动作液压系统回路模型如 图 2所示 2 W 图 2 液压系统回路 此系统采用单向调速回路 ，活塞杆伸出时速度不 可调 ．退 回时由节 流阀进行调节 ，油液 的流向 由三位 四通 阀来控 制。 3 联合仿真 3 ． 1 接 口设 计 A D A M S软件的 C o n t r o l s 模块提供了与 E A S Y 5进 行通信 的标 准接 12 1 I s - 7 ] ，其 作用是 实现机 械虚拟样 机 与液压系统模型之间的数据传递。 在 E A S Y 5中，液压缸组件有两种工作模式[ 6 ] ， 如图 3 所示 1 缸体 固定 ，输 人为 施加 在活 塞杆 上的作用力。输 出为活塞杆的速度与位移 ，见 图 3 a ； 2 缸体 固定 ，输人 为活塞 杆 的速度 与位移 ， 输出为作用在活塞杆上 的液压力 ，见 图 3 b 。为 了 保持系统的物理意义与人们的习惯思维一致 ，采用第 二种工作模式 ，即活塞杆的速度与位移 由A D A MS动 力学 模型计 算得 出并输 出给 E A S Y 5中 的液 压系统模 型。液压系统模型在仿真计算的过程中根据输入的 速度 与位移 计 算 出作 用 在 活 塞 杆上 的驱 动 力 ．A D ． A M S模型则以此驱动力作为输入参数进行动力学计 算 W TF w ． TF a 工作模式 I w TF b 工作模式 2 Av 图3 E A S Y 5中活塞缸组件的2种工作模式 在 A D A MS中设 置好 输人、输 出变量后．利用 A D A M S ／ C o n t r o l 模 块 导 出 ，在 E A S Y 5中通 过 E x t e n ． s i o n 接 口导入 ，联 接两 者相 对 应 的输入 、输 出参数 。 然后点击 E A S Y 5软件 B u i l d／ E x p o r t M o d e l a s ／ A D A M S E x t e r n a l S y s t e m L i b r a r y ，在 出现的对话框 中对 U s e D e ． s i g n P a r a m e t e r s 和 U s e D i s p l a y O u t p u t 的参数按需要进 行设 置 ，这 样做的 目的是为 了在 A D A M S软件 中可对 液压系统的关键参数进行修改，并在仿真结束后显示 液压系统 运行结果。点击 E x p o 后生成 lc ． d l l和 ．x f e ． e z a n l两 个 文 件 ，其 中 ，lc ． d l l 文 件 就 是 A D ． A MS软件 所 需 要 的动 态 链 接 库 文 件 。需 要 注 意 的 是，两个文件需在同一个文件夹内，联合仿真才能 正常运 行 。 3 ． 2 仿真结果分析 设置总的仿真时间为为 1 5 S ，三位四通阀的开度 函数控制 阀芯 位置 变化 如 图 4所示 ，仿 真结 果 如 图 5 7所示 。从 图 中可 以 看 出 ．液 压 系 统 模 型 中 的液 压 缸 产 生 的推 力 成 功 的传递 给 A D A M S所建 立 的虚 拟 样 机 上 ．仿 真 过程 成 功 实 现 了虚 拟 样 机模 型 与 液 压 系统 模 型 的无缝连接。 趟 时 间， s 图 4 阀芯位置变化 曲线 1 1 8 机床与液压 第 4 3 卷 f ，曼 争 壤 g 趣 墨 3 薰0．0 一t 时 间， s 时 间， s 时间， s An a l y s i s La s t Run An a l y s i s La s t ．Run An a l y s i s La s t ．Run 图 5 溢流 阀流量 曲线 图 6 液压缸速度曲线 图 7 液压缸位移 曲线 4结 论 E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 9 ， 2 8 6 1 4 7 1 - 1 4 8 8 ． 针对液压起 重机 。探讨 了采用 A D A M S与 E A S Y 5 [ 3 ] 孙康， 陈闻． 基于 A M E s i m与 A d a m s 联合仿真的挖掘机 进行机械／ 液压联合仿真的方法，成功实现了机械系 双阀芯系统研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 3 5 7 4 7 8 ． 统与液压系统的无缝联接，仿真结果在 A D A MS窗口 [ 4 ] 粱利华， 宁继鹏， 史洪宇 基于 A M E S i m与A D A M S 联合 中可直观动态显示 ， 克服了传统设计方法的不足．为 仿真技术的减摇鳍液压系统仿真研究[ J ] 机床与液压， 应设备的机电液一体化仿真提供了一种有效 的途 [ 5 ] 2 张 00 晓 9芬 , 3 7 ， 丛 8 华 2 ， 0 晁 0- 志 2 0 强 2 ’ ，等． A 。 A Ms ／ c A R与 E A s Y 5在车 佐 。 辆 主动悬架动 力学研 究 中的廊 用『 T ] ．动力学与控制学 参考文献 报 ， 2 o 0 7 3 2 8 5 2 8 8 ． [ 1 ]石磊， 孙凯 基于 A M E s i m克令吊起升液压系统仿真与 [ 6 ]T h e MS C E A S Y 5 R e f e r e n c e Ma n u al[ M] ． T h e Ms c S o f t w a r e 分析[ J ] 机电设备， 2 0 1 2 3 7 2 7 5 C o r p o r a t i o n． 2 0 05． [ 2 ]Z H A N G M i n g ， N l E H o n g ， WE I x i a 0 h u i ， t a 1 M。 d e 1 i n g a n d [ 7 ]李江波 ，黄明辉 ， 赵兴． 基于 A D A M S与 E A S Y 5的大型模 S i mu l a t i o n。 f A i r c r a f t A “ t i ‘ s k i d B r a k i n g a n d S r i ” g u i “ g 锻液压机联合仿真 [ J ] ．机 械 设 计 与 制 造 ， 2 0 1 1 6 C o - s i m u l a t i o n Me t h 0 d[ J ] T h e I n t e r n a t i o n a l J o u rnal f o 2 3 5 23 7． C o mp u t a t i o n a n d Ma t h e ma t i c s i n El e c t ric a l a n d E l e c t r o n i c 上接第 9 7页 过滤器 向油箱注入新油 ，并按 加油程序对 系统污染度 进行控制 。 3 ． 4 ． 4 数字防滑刹车系统寿命期内污染度控制 数字 防滑刹车系统寿命期 内必须对油液和机 载设 备 中的污染物进行控制 ，通过维护使刹车系统油液 污 染度始终优于 G J B 4 2 0 B 8 级 。 1 刹 车 系统寿 命期 内油 液 污染控 制 。打 开机 轮刹车装置气缸座放气嘴 ，刹车系统通电 ，轻踩刹 车 脚蹬输出2 ～3 M P a 刹车压力 ，机轮刹车装置气缸座 放油嘴处不断排出液压油，一方面排出油液 中气体 ， 另一方 面排 出气缸座盲腔 中的油污 ，达到净化油液的 目的。 2 刹车系统油液检查、污染度控制。在机轮 刹 车装 置放 气 嘴处放 油 、取 油 ，进行 油 液 污染 度 控 制。最早某机刹车系统油液检查控制周期是 5 0个起 落随着维护经验积累，油液检查控制周期放宽到 1 0 0 个起落随着伺服阀产品抗污染措施采用和刹车 系统 日常维护水平的提高，油液检查控制周期已放宽 到 2 0 0个起落 ，既保证飞机刹车系统 正常 ，又减 轻 了 地 勤工作压力 ，大幅度 提高飞机出勤率 。 4小 结 从刹 车系统污染综合治理角度 出发 ．提 出了一些 飞机刹 车系统油液污染控制 的方法和途径 ，避免飞机 刹车系统在使用中由于污染问题导致着陆过程中出现 空 中带压 、刹车失效等现象 ，真正解决 了刹车系统正 常工作中的 “ 污染”问题。 参考文献 [ 1 ]何永乐． 飞机刹车系统设计[ M] ． 西安 西北工业大学出 版社 ． 2 0 0 7 ． [ 2 ]田源道． 电液伺服阀技术[ M] ． 北京 航空工业出版社 ， 2 0 08 ． [ 3 ]黄增， 方群， 王学． 射流管式电液伺服阀与喷嘴挡板式电 液伺服阀比较[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 1 0 6 - 9 ． [ 4 ]王学星． 电液伺服阀的使用 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 9 ， 3 7 1 O 2 7 - 3 4 ． 『 5 ]G J B 2 8 7 9 A 。 2 0 0 8飞机机轮防滑刹车控制系统通用规范 [ s ] _ 北京 总装备部军标出版发行部， 2 0 0 8 ． [ 6 ]G J B 1 1 8 4 A- 2 0 1 0航空机轮和刹车装置通用规范[ s ] ． 北 京 总装备部军标出版发行部 ， 2 0 1 0 ． [ 7 ]G J B 4 2 0 B 一 2 0 0 6 航空工作液固体污染度分级[ s ] ． 北京 国防科 工委 军标 出版社 发行 部 ， 2 0 0 6 ．