基于AMES im车载平台液压调平系统动态特性仿真.pdf

基于 A ME S i m 车载平台液压调平系统 动态特性仿真 游雷刘克福蒋代君李志成 肖 宜 西华大学机械工程与 自动化学院成都6 1 0 0 3 9 摘要以车载平台调平液压系统为研究对象，利用 A ME S i m软件建立平台调平液压系统模型。通过设置 主要参数 ，实现液压系统动力学仿真。仿真结果表明系统调平响应速度较快 ，稳定性较好，为车载平台液压 调平系统的性能评估提供了一条新的途径。 关键词车载平台；液压调平 ；A ME S i m；仿真 中图分类号T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 4 0 5 0 0 2 9 0 4 A b s t r a c t Wi t h t h e v e h i c l e m o u n t e d p l a t f o r m h y d r a u l i c l e v e l i n g s y s t e m a s t h e s t u d y o b j e c t ，t h e p l a t f o r m h y d r a u l i c l e v e l i n g s y s t e m mo d e l i s b u i l t b y AME S i m．D y n a mi c s i mu l a t i o n i s p e r f o r me d f o r h y d r a u l i c s y s t e m b y s e t t i n g ma i n p a r a me - t e r s ．T h e s i mu l a t i o n r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e s y s t e m s h o ws f a s t l e v e l i n g r e s p o n s e a n d g o o d s t a b i l i t y ，p r o v i d i n g a n e w p a t h f o r p e rf o rm a n c e e v a l u a t i o n o f t h e v e h i c l e ． mo u n t e d p l a t f o r m h y d r a u l i c l e v e l i n g s y s t e m． Ke y wo r d s v e h i c l e - mo u n t e d p l a t f o rm ；h y d r a u l i c l e v e l i n g ； AME S i m； s i mu l a t i o n 0引言 1 AME S i m 软件介绍 车载平台主要应用于某些军用设备 如雷达 、 火炮 2 ] 、导弹发射装置等 ，在工作 之前都需进行 调平，且要求平台能够实现快速、稳定、高精确 度的 自动调平 ] 。随着现代化科学技术 的 日益进 步，现代各种设备精度的提高，对调平系统的调 平精度要 求也随之提高。因此 ，研 究开发具有调 平精度高和调平速度快 的调平系统具有很 大的应 用价值 。 平 台调 平系统 一般通过 液压 缸 的伸缩 实现 ， 而平台调平精度的高低将大大影响军用设备工作 的精确性及稳定性。传统的液压系统设计主要采 取稳态设计计算 ，这 种设计 方法未 考虑系统 中每 个元器件 的参数 、油路 管道 以及 液压油黏度等参 数对液压系统 的影响 ，尤其是 它不 能预测 当使用 工况发生变化后液压系统性 能的变化 情况。而现 代工程设计方法采用系统仿真技术 ，通过仿真可 获知系统在使用 工况发生变化后其性能 的变化情 况 。因此 ，本文以车载平 台的调平 液压系统为研 究对象 ，利用 A ME S i m 软件对 车载平 台调 平液压 系统进行建模 ，实现 液压系统动力学仿 真 ，为液 压系统的设计和分析提供了一定的参考依据。 起重运输机械 2 0 1 4 5 A ME S i m高级工程系统仿真软件是 法 国 I m a g i n e公司于 1 9 9 5年推 出的专 门用 于工程 系统 的建 模 、仿真和动态性能分析 软件。在系统建模过程 中，需在 A M E S i m 仿真软 件 中依 次完 成草 图建模 S k e t c h M o d e 、子 模 型模 式 S u b m o d e l Mo d e 、 参 数 模 式 P a r a m e t e r Mo d e 、运 行 模 式 R u n M o d e ，为多学科领域复杂系统建模仿真平 台。工 程师可以在这个平 台上建立复杂多学科领域 的系 统模型，并在此基础上进行仿真计算 和深入分析 ， 也 可以在这个平 台上研究元件或系统 的稳态和动 态性能，实现工程师们达 到建模 仿真 的 目的 分 析和优化工程设计 ，从而帮助工程师 降低 开发 的 成本和缩短开发的周期 J 。 2 系统工作原理及主要参数计算 2 ． 1 液压系统工作原理 图 1为液压 系统工 作原理 图，电动机 7启动 后 ，带动液压泵 6转动 ，液压泵从油箱 2中吸油 ， 通过单 向阀 8 、负载敏感 阀 1 1 、电液 比例多路换 向 阀 1 2和平衡阀 1 4分别 向4个调平液压缸 1 3供油。 当电磁铁 1 Y A、3 Y A、5 Y A、7 Y A通电时 ，电液 比 一 2 9 1 ． 放油阀2 ． 油箱3 ．空气滤清器4 ．温度继电器5 ．回油滤清器6 ．齿轮泵 7 ．电动机8 ． 单向阀9 ．压力表1 0 ． 压力继电器1 1 ．负载敏感阀 1 2 ．电液比例多路换向阀1 3 ．调平液压缸1 4 ．平衡阀 图 1 液压系统原理图 例多路换 向阀的左位接 通，调平 液压缸伸 出；当 电磁铁 2 Y A、4 Y A、6 Y A、8 Y A通电时，电液 比例 多路换 向阀的右位 接通 ，调平 液压缸缩 回，电磁 铁的动作顺如表 1 所示 。负载敏感 阀 1 1起 到提供 负载变化系统所需的流量 和压力 ，平衡 阀 1 4用于 防止出现负负载 而引起失控现象 ，该 液压系统 中 还包括各种 液压辅助器件 如放 油 阀、油箱、空气 滤清器等。 表 1电磁铁动作顺序表 电磁铁 动作 过程 1 YA 2YA 3 YA 4YA 5YA 6YA 7YA 8 YA 调平缸伸 出 上 调平缸缩 回 上 2 ． 2 调平控制工作原理 调平控制系统采用 P L C闭环 自动控制 ，闭环 自动控制系统方框图如图 2所示。 一 30 一 一 车载平台液 压调平控制 系统 采用 闭环 自动控 制，通过 A J D模块采集传感器信号，信号传给 C P U进行分析处理 ，再通过 D ／ A模块将信号转换 给放大器，信号经放大器放大后传给换向阀，实 现液压系统 的闭环控制。当系统进行调平 工作 时， P L C向4个 电液 比例 阀发 出伸 出信 号 ，液 压缸伸 出，当液压缸着地时，安装在液压缸上的压力传 感器发出 电信 号传 给 P L C，检 测是 否有 “ 虚腿 ” 产生 。P L C根据 y双 向水平仪传感器发出 的倾 起重运输机械 2 0 1 4 5 角信号及存储在 C P U中的控制算法对各 电液 比例 阀发出控制命令，控制 4个调平液压缸动作，当 车载平 台的水 平度 在 误差 范 围内 时，调 平 过程 结束。 2 ． 3 液压系统设计计算 依据平台调平 的高度 及运行平稳性 要求 ，确 定液压缸行程 为 0 ． 7 m，平台调平 时间为 3 0 s ； 车载平 台和重物总质量为 8 t ，有 4个液压缸 ，每 个液压缸的承受力为 2 0 k N；初步选定系统工作压 力为 6 M P a 。 1 缸筒 内径 、杆径 的确定 进油压力 P。 6 MP a ，回油压力 P 0 ，推力 F2 0 k N，活塞杆径取 d 0 ． 7 D 1 式中 D为缸筒内径。 由活塞受力平衡得 F P 子 D 一 d P 2 计算得 ，D 0 ． 0 6 5 1 m6 5 ． 1 m m，圆整取 D 7 0 mm ， d5 0 mm。 2 液压系统流量的确定 根据工作要求 ，调平液压缸 的行程为 0 ． 7 m， 调平时间 t 3 0 s ， 有 0 ． 0 2 3 m ／In ／ s 3 了 L j g ． 4 3 ． 3 L ／ m i n 4 3 A ME S i m 的液压系统建模与仿真 3 ． 1系统建模 对其 中 1个 调平液压缸进 行仿真分析 。多路 阀为工程机械常用 的电液 比例多路 阀_ 6 7 _ ，液压系 统中齿轮泵 、电动机 、单 向阀、平 衡 阀等 均可采 用 A ME S i m液压 元件库 中提供 的模型。但对 于负 载敏感阀和电液 比例多路阀 ，液压元件库 中没有 相对应的模型。本文利用液压 元件库 H C D构 建敏感阀和多路 阀的代替模型 ，与其他液压 元件 一 起构成该液压系统仿真模型，如 图3所示 。 3 ． 2 主要参数设置 利用 A M E S i m软件进行仿真时，系统所有模 型均被参数化 ，主要参数设置如表 2所示 。 起重运输机械 2 0 1 4 5 图 3 液压系统仿真模型 表 2 主要仿真参数设置 泵排量／ mL r ， 6 0 电机转速／ r m i n 8 0 0 溢流阀开启压力／ M P a 1 0 平 台载荷／ k N 2 0 负载敏感阀节流口通径／ m m 3 负载敏感阀阀芯质量／ 0 ． 1 负载敏感阀阀芯直径／ m m 1 5 负载敏感 阀阀杆直径／ m m 7 电液比例阀阀芯直径／ m m 1 5 液压缸活塞杆径／ ra m 5 0 内径／ mm 7 0 行程／ mm 7 0 o 3 ． 3 调平过程的仿真与分析 调平过程仿真时间设置为 3 0 s ，得到各参数 曲 线如图4～ 7所示 。 室 出 图 4 调平过程系统压 力曲线 一 31 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 O 时间／ s 图 5 调平过程 系统流 量曲线 时间／ s 图 6 调 平过程系统速度 曲线 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 时间／ s 图 7 调平过程系统位移 曲线 从图 4和图 5可知 ，在前 1 1 S内，系统压力 、 流量存 在波动 ，说 明系统正在进行 调平 ，波 动逐 渐减小 ，说明系统趋于调平 阶段 ；1 1 S 系统达到平 衡 ，此时系统压力 5 ． 7 MP a ，流量 3 8 ． 7 L ／ m i n ；1 1 S 后系统流量为 0 ，压力急剧升高 ，这是 因为平 台 已调平 ，导致压力 急剧上升 到 1 0 M P a ，到达溢流 阀开启压力 ，系统溢流。 从图 6和图 7可知 ，在前 1 1 S内，速度、位 移存在波动 ，说 明系统正在调平 ，且波 动逐渐减 小 ，说明系统趋于调平 阶段 ；在 1 1 S 时速度为 0， 一 3 2 一 位移为 0 ． 5 9 2 m；1 1 S以后速度 、位移不变 ，说 明 系统 已调平。 4 结论 1 对于较复杂 的工程机械多路换 向阀，可 以 采用 AM E S i m液压 元件库 中现有模 型组合 构建多 路阀的仿真模型 ； 2 运用 A ME S i m软件对车载平台液压调 平系统进行了建模与仿真 ，得出了仿真 曲线 。 3 仿真结果证明 ，车载平 台液压调平系统具 有较快响应性 ，系统平稳 ，满足实际工况的要求 ； 4 仿真结果为车载平台液压调平 系统 的优化 设计及控制提供了理论依据。 参考 文献 [ 1 ]刘浩亮 ．某雷达液压调平振动仿真分析[ J ] ． 火控雷达 技术，2 0 0 6 ，3 5 3 7 8 8 O ． [ 2 ]吴锋，杨俊义 ．某车载高炮液压 自动调平控制系统 [ J ] ．火炮发射与控制学报，2 0 0 71 6 7 7 2 ． [ 3 ]卫国爱，许平勇 ．基于 P L C的液压调平升降控制系统 [ J ] ．液压与气动，2 0 0 4 5 1 1 ，1 2 ． [ 4 ]付永领，祁晓野 ． A ME S i m系统建模与仿真从入 门 到精通[ M] ． 北京 北京航空航天大学出版社 ，2 0 0 6 ． [ 5 ]秦家升，游善兰 ． A ME S i m软件的特征及其应用 [ J ] ． 工程机械 ，2 0 0 4 1 2 6 8 ． [ 6 ]路甬祥 ．液压气动技术手册[ M] ．北京机械工业 出 版社 ，2 0 0 2 ． [ 7 ]罗艳蕾，李渊 ．基于 A M E S i m的挖掘机负荷传感多路 阎建模和仿真[ J ] ．机床与液压 ，2 0 1 2 ，4 0 3 1 4 2一 “ 1 4 4． [ 8 ]韩慧仙 ，曹先利 ．A ME S i m的混凝土泵车臂架多路阀 建模与仿真[ J ] ．机床与液压，2 0 0 9 ，3 7 1 0 2 4 1 ， 2 4 2，2 5 4． [ 9 ]康凤举 ． 现代仿真技术与应用[ M] ．北京国防工业 出版社 ，2 0 0 1 ． [ 1 0 ]郭军，吴亚峰 ． A M E S i m仿真技术在飞机液压系统中 的应用[ J ] ．计算机辅助工程 ，2 0 0 5 2 4 2 4 5 ． 作 者游雷 地 址四川成都金牛区郫县红光镇西华大学机械工程 与 自动化学院 邮 编 6 1 0 0 3 9 收稿 日期 2 0 1 4 0 1 1 6 起重运输机械 2 0 1 4 5 ∞ ∞ 加 2 m 0 _ u 薯． 咖器 ∞ 如 加 m ∞ m 加 如 加 ∞ ∞ 0 O O o o 一 I _ s 自 - 0 _【 v 瑙 加∞∞加∞加m∞ O 0 0 0 O 0 O O 基＼