基于AMESim水田运秧机液压系统仿真.pdf

2 0 1 3年 l 2月 第 4 1 卷 第 2 3期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAULI CS De e ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 3 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 3 ． 2 3 ． 0 3 6 基于 A ME S i m水田运秧机液压系统仿真 朱为国，曹云华 淮阴S - ． 学院交通工程学院，江苏淮安 2 2 3 0 0 3 摘要通过确定行走装置的动力路线，设计了水田运秧机的液压系统原理图，应用 A ME S i m软件对液压系统进行建模 与仿真，得到了一些液压元件性能曲线。所设计的水田运秧机能够很好地满足行驶和运输等各项要求。 关键词水田运秧机；液压系统；A M E S i m仿真 中图分类号T H 1 2 ； 2 2 9 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 31 3 2 2 S i mu l a t i o n f o r Hy d r a uli c S y s t e m o f t h e S e e d l i n g Tr a n s p o r t M a c h i n e i n Pa d dy Fi e l d Ba s e d o n AM ESi m ZHU W e i g u o． CAO Yu n h ua D e p a r t m e n t o f T r a n s p o rt a t i o n 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 ， Hu 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 T h e h y d r a u l i c s y s t e m p r i n c i p l e d i a g r a m o f t h e s e e d l i n g t r a n s p o r t ma c h i n e i n p a d d y fi e l d w a s d e s i g n e d a f t e r d e t e r mi n i n g t h e p o we r r o u t e o f t h e w a l k i n g d e v i c e ．T h e h y d r a u l i c s y s t e m wa s mo d e l e d a n d s i mu l a t e d w i t h AME S i m s o f t wa r e ，a n d t h e p e rf o r ma n c e C H I V E S o f s o me h y d r a u l i c c o mp o n e n t s we r e o b t a i n e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e d e s i g n e d ma c h i n e c a n v e r y we l l me e t t h e r e q u i r e me n t s o f d r i v i n g a n d t r a n s p o r t a t i o n i n p a d d y fi e l d ． Ke y wo r d s S e e d l i n g a n s p o rt ma c h i n e i n p a d d y f i e l d ；Hy d r a u l i c s y s t e m ；AME S i m s i mu l a t i o n 近年来 ，由于我国对农业特别是水稻种植的政策 扶持、大量资金投入和一些科技项 目带动等原因，我 国的水稻生产持续稳定发展 ，生产布局 日趋集中，品 种和品质结构进一步优化 ，产业开发逐步推进。当插 秧机在大片水田中部作业时，由于水田条件非常泥 泞，泥脚深而烂，人工运送费时费力，生产效率非常 低下，一般机器很难在水田中行驶 ，后续的秧苗很难 大量持续地进入作业区以维持插秧机不断工作。针对 上述问题，设计了一款新型水田运输装备水 田运 秧机。水田运秧机不仅可以减轻农民的劳动强度 ，而 且可以提高生产效率，提高效益。 水田运秧机对农业生产机械化是一次创新与丰 富 ，有利于影响和提高该领域机械化水平 。作为粮食 生产中极为重要的工具，作者设计开发水田运秧机来 代替人畜劳动力 ，提高工作效率、改善生产条件、减 轻劳动强度，降低生产成本。水田运秧机的推广有利 于解放和发展生产力，使农村剩余劳动力向城市或第 二 、三产业转移 ，具有促进我国工业化和城市化的重 要作用 。 1 水田运秧机液压 系统设计 置、车架、行走装置等组成。液压系统由液压泵 、控 制阀、液压缸 、液压马达、油箱等组成。 经研究 ，最 终确 定 动 力路 线 为 柴油 机 一 液 压 泵一控制阀一液压马达一驱动轮。图 1 为设计的液压 系统原理图 。 图 1 液压行走系统 图 2 液压系统仿真分析 根据厂家的要求 ，运秧机必须满足以下要求 1 水 田运秧机行走系统的设计要求水 田运 秧机在行走时最大速度不超过 3 ～ 5 k m ／ h为宜。 2 转向方式为偏转前轮转向。 3机 重 5 k N，承 载 1 5 k N，发 动 机 功 率 水田运秧机主要 由发动机 、液压系统 、操作装 1 1 ． 0 3 k W。 收稿 日期2 0 1 21 1 2 1 基金项目江苏省科技型企业技术创新资金资助项目 B C 2 0 1 0 4 3 2 作者简介朱为国 1 9 7 8 一 ，男，工学博士，副教授，主要从事机械设计及系统动力学的教学与研究。Ema i l b o b wei g u o s o hu ． c o m 。 第 2 3期 朱为国 等基于 A ME S i m水田运秧机液压系统仿真 1 3 3 基本参数设定液压泵的系统工作压力 2 8 M P a ， 最大排量 4 8 0 m I Jr ；行走液压马达最大排量 41 2 0 m I Jr ；液压缸的最大排量为 2 4 0 m L ／ r 。 为了合理地选择液压元件，对这些液压元件进行 分析计算 ，得到理论数据，根据这些数据选择液压元 件 。 2 ． 1 仿真模型建立 A ME S i m专门为液压系统建立 了一个标准仿真模 型库 ，使用该标准仿真模型库就可以搭建最基本的液 压 系统 。 在 A M E S i m中的草图模式 S k e t c h M o d e 下建 立液压系统模型，如图2所示。 l 一发动机2 一液压泵3 一油箱4 一溢流阀5 一分段线性信号源 6 _ _ 三位四通电磁换向阀7 _ - 液压马达8 _旋转负载 液压缸 1 0 一线性质块 l l 一油管 l 2 一通用液压属性 图2 液压系统模型 进入 A M E S i m的子模 型模 式 S u b m o d e l M o d e 创建子模型。系统中每一个元件都必须与一个数学模 型相关联，数学模型是数学方程的集合和一段计算机 码的可执行文件。A M E S i m的术语是把系统元件的数 学模型描述为子模型 ，术语模型被保留为完整系统的 数学模型。A ME S i m包含一个大子模型集合。只要合 适 ，子模型与元件是 自动关联的。从水平工具栏点击 首选子模型按钮，每个元件都有各 自的子模型。 进入 A M E S i m的参数模式 P a r a m a t e r Mo d e 对 系统主要元件的初始参数进行设定 ，设定好各个元件 的参 数 后 进 人 A M E S i m 的 运 行 模 式 S i m u l a t i o n Mo d e 就可以对液压系统进行仿真与分析。 2 ． 2 仿真结果与分析 图3为 4个液压马达在三位四通换向阀处于3个 不同位置时，转速随时间变化图。由图看出4条曲线 重叠 ，可得 4个马达的转速始终相等，整车可以保持 直线运动状态 ，而不会出现偏移现象。整个仿真分 3 个阶段，初始 的 5 s 为第 1阶段，马达的转速为 0 ， 整车保持原地不动；5～ 7 S 为第 2阶段 ，马达转速由 0上升至 5 ． 4 1 6 7 7 r ／ m i n ，整车向前行驶 ；7 S 以后为 第 3阶段，马达转速由 5 ． 4 1 6 7 7 r ／ m i n 下降到 0再上 升到反向的5 ． 4 1 6 7 7 r ／ m i n ，整车向后倒退。 图4所示为液压马达在仿真的1 0 S 内，在三位四 通换向阀处于 3个不同位置时，转矩随时间变化图。 这个仿真分 3个阶段，初始的 5 S 为第 1阶段，马达 的转矩0 ，马达对外不输出转矩；5～ 7 S 为第2阶段， 马达转矩 由 0反 向增大到 1 6 2 ． 5 0 3 N m；7 s 以后 为 第 3阶段 ，马达转矩由 1 6 2 ． 5 0 3 N m回到 0再上升 I 1 6 2 ． 5 0 5 Nm。 6 4 ．g 2 鲁 0 一2 辩 ．d 一6 2 0 0 百 。 。 0 辩 一 1 0 0 0 2 4 6 8 1 0 0 2 4 6 8 l 0 时 间， s 时间， s 图 3 液压马达转速 图4 液压马达转矩 随时间变化图 随时间变化图 图5所示为液压缸在仿真的1 0 s 内，活塞杆位移 随时间收缩变化图。这个仿真分 3个阶段，初始的 1 为第 1阶段，液压缸活塞杆位移为0 ，转向轮处于 中间位置 ，整车没有转 向；1 ～ 3 s 为第 2阶段 ，活塞 杆位移为反向0 ． 3 m，即活塞杆向内收缩，带动车轮 逐渐右偏，整车开始向右转弯；3 s 以后为第 3阶段， 活塞杆位移由反向0 ． 3 m逐渐回归到 0 ，活塞杆回到 初始位置，带动车轮回正，整车没有转向。 图6所示为液压缸在仿真的1 0 s 内，活塞杆位移 随时间伸长变化图。这个仿真分 3个 阶段，初始的 1 s 为第 1阶段，液压缸活塞杆位移为0 ，转向轮处于 中间位置，整车没有转向；1 ～ 3 s 为第 2阶段 ，活塞 杆位移为正向0 ． 3 m，即活塞杆向外伸长，带动车轮 逐渐左偏，整车开始向左转弯；3 s 以后为第 3阶段， 活塞杆位移由正向0 ． 3 m逐渐回归到 0 ，活塞杆回到 ’ 初始位置，带动车轮回正，整车没有转向。 0 2 4 6 8 l 0 时 间， s 图5 液压缸活塞杆随 图6 液压缸活塞杆随 时间收缩的位移 时间伸长的位移 液压缸活塞杆对外输出压力随时间变化如图7所 示。初始液压缸活塞杆输出压力均匀增加，很快达到 9 8 0 ． 6 6 5 N，并保持不变 ，说明液压缸达到稳定工作 状态 。 下转第 1 5 3页 第 2 3期 罗胜彬 等非接触测量技术发展研究综述 1 5 3 量精度，在适 当考虑成本 的情况下 ， 全 面超越接触测量技术产 品。 3 ． 3 对工作环境的要求降低 最终 能 够 实现 【 3 】 方润 ， 许乾慰． 核磁共振 N M R 测试技术进展及应用 [ J ] ． 上海塑料 ， 2 0 0 3 3 2 9 3 3 ． 非接触测量技术大部分依赖于光学元件 ，恶劣环 境对于光学元件的工作精度和准确性有较大的影响， 在恶劣的工作环境下，光学测量仪器甚至不能够正常 工作 ，这是亟待解决的技术难题，也是非接触测量技 术 的一个发展方 向。 3 ． 4高度智能化 随着工业技术的快速发展 ，要求测量仪器对于所 测物体进行高度智能化的分析 ，这就要求非接触测量 技术朝着智能化的方向发展 ，如非接触测量仪器能够 智能化地分析被测物体从而自动选择最优化的测量方 法 。 4 结束语 非接触测量技术在工业生产中有着越来越广泛的 应用。由于接触式测量所需测量时间长 ，对超大尺寸 或者超小尺寸、表面轮廓复杂的物体难以测量或者测 量周期长。同时随着光学技术和电子 电路技术的发 展 ，非接触测量的精度越来越高，某些情况下精度甚 至超过接触式测量，因此非接触式测量将在未来成为 工业生产领域的主要测量方法。 参考文献 【 1 】 赵广涛， 程荫杭． 基于超声波传感器的测距系统设计 [ J ] ． 传感器与仪器仪表， 2 0 0 6 1 1 2 91 3 0 ． 【 2 】 马湛． 非接触式水位测量技术在美 国的发展 [ J ] ． 水利 水文 自动化 ， 1 9 9 9 1 4 9 5 3 ． 【 4 】 周怡， 刘宝林 ， 王欣． 核磁共振技术在食品分析检测中的 应用[ J ] ． 食品工业科技， 2 0 1 1 1 3 2 5 3 2 9 ． 【 5 】 孙灵霞 ， 叶云长． 工业 c T技术特点及应用实例[ J ] ． 核 电子学及探测技术 ， 2 0 0 6 4 4 8 6 4 8 8 ． 【 6 】陈志强， 李亮， 冯建春． 高能射线工业 c T最新进展 [ J ] ． 机械制造与 自动化 ， 2 0 1 0 2 1 7 ． 【 7 】秦树人 ， 张 明洪， 罗德扬． 机械工程测试原理 与技术 [ M] ． 重庆 重庆大学出版社， 2 0 0 2 1 8 41 8 6 ． 【 8 】陈辉 ， 钟以波， 顾军． 基于电涡流传感器测量汽轮机转速 的研究[ J ] ． 传感器世界 ， 2 0 1 1 1 1 1 61 8 ． 【 9 】吕 乃光， 孙鹏， 娄小平， 等． 结构光三维视觉测量关键技 术的研究[ J ] ． 北京信息科技大学学报， 2 0 1 0 I 1 5 ． 【 1 0 】周富强， 张广军， 江洁． 线结构光视觉传感器的现场标 定方法[ J ] ． 机械工程学报， 2 0 0 4 6 1 6 91 7 3 ． 【 l 1 】王晓嘉， 高隽 ， 王磊． 激光三角法综述[ J ] ． 仪器仪表学 报 ， 2 0 0 4 s 2 6 0 1 6 0 4 ． 【 1 2 】 汪涛． 相位激光测距技术的研究[ J ] ． 激光与红外， 2 0 0 7 1 2 9 3 1 ． 【 1 3 】 黄震 ， 刘彬． 并行计数法脉冲激光测距的研究 [ J ] ． 激 光与红外 ， 2 0 0 6 6 4 3 1 4 3 2 ． 【 1 4 】 任如兵 ， 陆飞， 张世亮 ， 等． 实物样件非接触测量技术综 述[ J ] ． 装备制造技术， 2 0 1 0 2 1 2 51 2 7 ． 【 1 5 】 黄桂平 ， 李广云， 王保丰， 等． 单 目 视觉测量技术研究 [ J ] ． 计量学报， 2 0 0 4 4 3 1 4～ 3 1 7 ． 【 1 6 】 隋婧， 金伟奇． 双 目立体视觉技术 的实现及其进展 [ J ] ． 电子技术应用， 2 0 0 4 1 0 4 6 ． 上接第 1 3 3页 1． 0 0 ． 8 Z 0 ． 6 饵0 ． 4 纂 O ． 2 0 ． 0 O 2 4 6 8 1 0 时 间， s 图 7 液压缸活塞杆输出压力随时间变化图 3结论 主要是对水 田运秧机的液压系统进行设计及仿 真，通过确定行走装置的动力路线 ，设计了水 田运秧 机的液压系统原理图。应用 A ME S i m软件对液压系统 进行建模与仿真 ，得到了一些液压元件性能曲线 ，所 设计的水田运秧机能够很好地满足行驶和运输等各项 要求 。 参考文献 【 1 】曾爱平 ， 邱秀丽， 赵娜， 等． 液压后驱式轻型农机水 田自 走底盘的设计[ J ] ． 农机化研究 ， 2 0 1 0 7 1 4 91 5 2 ． 【 2 】杨照刚， 伍红． T Q 2 3 0 全液压履带式推土机行走驱动液 压系统设计计算[ J ] ． 建筑机械 ， 2 0 0 2 1 0 2 3 2 5 ． 【 3 】郑辉， 米伯林． 农机液压技术的应用与发展 [ J ] ． 农机化 研究 ， 2 0 0 4 2 4 0 4 1 ． 【 4 】王英， 米伯林 ， 郑辉． 液压技术在农林机械方面的应用与 展望[ J ] ． 农机化研究， 2 0 0 2 4 1 5 91 6 0 ． 【 5 】赵志国， 余洋 ， 鲁冰． 基于 A M E S i m的轨道架线车升降平 台液压系统仿真[ J ] ． 机床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 1 2 6 1 68． 【 6 】 唐毅 ， 魏鑫， 曹克强． 基于A M E S i m的某型飞机液压系统 仿真研究[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 7， 3 5 6 1 9 82 0 0 ．