EASY5仿真软件在飞机舱门液压系统中的应用.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 3期 E A S Y 5仿真软件在飞机舱门 液压系统中的应用 于 辉 ， 童 明波 1 ． 专利审查协作 中心 ， 北京1 0 0 0 9 0 ； 2 ． 南京航空航天大学 ， 江苏 南京2 1 0 0 1 6 摘要 应用 E A S Y5 仿 真软件对某型 飞机舱 门顺序打开系统进行 建模 和仿真分析 ， 给出了仿真结果 ， 通过与地 面模拟试验结果 对比分 析 ， 证 明了建模方法和仿真结果 的基本正确性 ， 该项研究对地 面模拟试验具有一定的指导意义 。 关键词 舱门操作液 压系统 ； E A S Y 5 ； 建模 ； 仿真 中图分 类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 3 0 0 0 4 0 3 Ap p l i c a t i o n o f EAS Y5 S i mu l a t i o n S o f t wa v e f o r Ai r c r a f t Doo r Hy d r a u l i c S y s t e m YU Hu i ， T O NG 6 0 1 ． P a t e n t E x a mi n a t i o n C o o p e r a t i o n C e n t e r ， B e i j i n g 1 0 0 0 9 0 ， C h i n a ； 2 ． N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s A s t r o n a u t i c s ， N a n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ad o p t i n g MS C EAS Y5 s o f t wa r e t o e s t a b l i s h t h e d y n a mi c mo d e l i n g o f a a i r p l a n e’ S c a r g o c o mp a r t me n t g a t e ， t h e n wi t h E AS Y5 ， s i mu l a t i o n o f a g i v e n s y s t e m w a s d o n e ．Ru n n i n g th e d y n a mi c mo d e l a n d e x p o r t i n g t h e r e s u l t s a n d s i mu l a t i o n d i a g r a m， t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s h o ws t h a t t h e s i mu l a t i o n mo d e l i s c o r r e c t a n d t h e r e s u l t i s i d e n t i c a l wi t h e x p e r i me n t a t i o n S res u l t s ． I t i s h e l p f u l t o the a n a l o g u e t e s t o f g r o u n d ． Ke y wo r d s c a r g o c o mp a r t me n t g a t e h y d r a u l i c p r e s s u r e s y s t e m ； E AS Y5； mo d e l i n g ； s i mu l a t i o n O 引言 随着仿真理论及计算机技术的不断发展 ，仿真技 术不断提高 ，仿真技术在液压系统中的应用也逐步走 向成熟 。本文采用 E A S Y 5仿真程序 ， 将液压系统附件 分别转成模块并连接起来 ，按给定的初始条件进行仿 真计算。当仿真计算完成 ， 所关心的参数 曲线图形也 自 动生成绘出 ； 同时 ， 我们也可 以根据 自己的需要 ， 按照 预先规定好 的曲线图形 ， 通过调整某些附件参数 ， 达到 预期效果 。 1 某机舱门液压系统简介 该系统原理图如图 1 所示。 粗线是主油路 ， 提供压力油 ， 在实际操作中 ， 通过 依次控制这 3个 电磁 阀来实现所需要 的动作 。即 开 锁 推门 开门、 关门 拉 门 上锁 。当电磁阀都处于 左位机能时 。依次实现开锁 推门 开门等顺序动作 电磁阀按顺序打开 ， 反之 ， 实现另-J i 序动作『 l 1 。 收稿 日期 2 0 1 2 一 o 9 一 O 3 作者简介 于辉 1 9 7 5 ～ ， 女 ， 河北保定 人 ， 中级审查员 ， 硕士研究 生 ， 从 事 机械发明审查。 4 1 一 电磁 阀 2 一 作 动筒3 一 节 流 管 嘴4 一 节 流 阀5 一 单 向阀 图 1 货舱大 门液压 系统原理图【 1 】 2 液压系统建模仿真 2 ． 1 E A S Y 5仿真 软件 特点 MS C ． E A S Y 5软件是由美 国波音公 司根据其工程需 要开发的专业动态系统仿真和分析软件 ，该软件使用 简单易用的图形化建模方式 模型参数 的输入及不同 模型间的数据传递在简单 的图形界面中完成 ，用户只 需 以微分方程 、 差分方程 、 传递 函数 、 代 数方 程及方程 组方式即可建立所需的动态模型，通过求解系统动态 方程 ， 建立并分析工程应用系统的数字虚拟原型 ， 并将 模型 自动“ 翻译” 为 F O R T R A N语言源程序 ， 进一步编译 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 3 为可执行程序 ， 以开展各种分析计算[2 】 。该软件的专业 应用库为系统建模提供 了非常丰富的元件库 ，包含 了 液压 、 气动 、 电机驱动 、 航空航天 、 汽车 、 环境工程等模 块 ． 这些专业应用库 。 收集 了工程系统常用物理元件 的 参数化数学模 型， 可供建模者直接调用 ， 大大降低 了复 杂系统数字虚拟建模工作的强度。 2 ． 2仿 真模 型 的建立 使用液压系统的 目的是从流体的流动中产生控制 运动 。 阀门就是一种控制流体流动的装置 ， 而阀芯是将 流体的流动转换成机械运动的装置 。在用 E A S Y 5建 模时就是把液压系统分解为阀门、 管路 、 执行机构等附 件的连接 ，模拟 由流体压力的变化或其他状态 的改变 引起液体 的温度 、 压力、 流量的变化等。 按照图 1 所示原理图， 通过拖拽操作将模型元件拖 人屏幕的工作区， 设定元件间的连接 ， 定义参数数据 ， 即 可建立系统模型。 由于 E A S Y 5软件定义了口连接， 因此 不同的参数， 如压力 、 流量 、 温度等可在上下游元件之间 成组地连接。用 E A S Y 5建立的模型如图 2所示。 图 2 EASY5建 立 的 模 型 2 ． 3建模 说 明 为了分析货舱大门液压系统 ，我们建立一个完整 的系统回路模型 ，与实际部件相比添加了系统供压和 回油管路 中的附件 ，来 向货舱大门液压系统提供所需 的压力和流量[ 3 1 。 货舱大门液压系统主要由两部分组成 ①顺序控 制部分； ②顺序动作部分。 货舱大 门系统开门时 ， 机构的动作顺序为 开锁_ 推 门 开 门；关 门时 ，机构的动作顺序为 关门一拉 门． 上锁。在该系统 中， 采用的是 3个三位 四通 电磁 阀 来实现顺 序动作 。 三位 四通电磁阀的左 、 中、 右机能对应 的控制数值 为 l 、 0 、 一 1 。在 E A S Y 5的电磁阀模块中 ， 开 口面积 的 计算公式为翻 A s 2 ∞s ∞ 式中 。 1．一 电磁 阀固有频率 ； 一 电磁阀阻尼系数 。 上述 2个参数为电磁阀模型输入参数 ，可由给定 参数推 出其值。 其 中， s 控制 曲线 图如图 3所示。 时 l可 ／ s 图 3电磁阀I s 控制 曲线图 由图 3可以看 出，开门动作 时候 ， v a l v e _ l超前于 v alv e _2 ， 而 v a l v e 一 2超前于 v a l v e _ 3 ， 这就实现货舱大门 顺序动作的要求 ； 关门动作反之。其超前或滞后的时间 可以通过在 E A S Y 5中建立独立的回路来测试得出[ 5 1 。 3 系统静态分析及结果 MS C ． E A S Y 5提供 了强大的稳态搜索工具 ，能够支 持高度非线性的模型。采用被称为“ t r i m” “ 准静态” 的 分析 ，可在任何输入集下计算模型所有输出的稳定状 态值 。采用专 门针对非线性系统设计的牛顿迭代方法 ， MS C ． E A S Y 5的稳态分析可以在几秒钟 内计算 出结果 ， 而无 需使用耗 时几小时 的动态仿真来积 分求解稳态 值 。使用该工具包计算出的工作点可以用作仿真或非 线性分析的起始点。 由于分析的对象是非线性的液压系统 ，所 以有必 要对该模 型做稳态分析 ，计算出稳态工作点作为动态 仿真的起始点 。 稳态分析结果报告中包括模型中每一个元器件的 稳态工作值 、 输出变量值 以及状态工作值 。观察系统静 态分析报告 中的系统矩阵特征值实部 稳定系统要求 该值必须为零或负数 ， 可以判断系统是否稳定 。 通过观察可知 ，得 出的 3 6个特征值均为非负值 由于篇幅所限在这里就不一一列出 ，所以此系统模 型通过 5 0 0次迭代的结果是稳定的 图表略 。 4 系统动态仿真及结果 系统 的动态仿真是测试货舱大门液压系统 的关键 环节 。仿真结果可以直观地再现整个系统在工作过程 中各个变量 的变化情况 ，利用 MS C ． E A S Y 5中 T h e r ma l H y d r a u l i c的模块化模型， 可对液压系统的进行设计和动 5 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 3期 态性能预测。 配合其 中的交互式仿真模块 ， 可以实时地反 映被观测量的变化情况。 将静态分析结果保存， 并在动态 仿真对话框的“ I n e r t i a l O p e r a t i n g P o i n t ” 中导入该静态 工作点 。 系统将在仿真时默认该点为仿真的起始点。 由于在该 系统 中元器件较多 。每个元器件又包含 大量的参数 。 因此 ， 在仿真过程 中只输出所关 心的变量 的 变 化 曲 线 。在 对 话 框 中 ，选 择“ P l o t ／ E d i t P l o t V a r i a b l e s ” 并选择变量 。 执行“ S i m u l a t i o n ” 即可 。在这个 系统中我们只将较关心的数据输出， 如图 4 、 图 5所示。 r e ,i ／ s 图 4系统压 力仿真示意圈 图 5做动筒位移仿真 图 5 结束语 通过 比较发现 ，系统压力变化仿真结果与地面试 验结果数据变化 即在“ 铁鸟 ” 试验 台实验条件 下测得 数据结果 基本一致 ， 即在作动筒移动过程 中， 压力有 一 个陡然下降， 而后保持不变。可以说仿真计算的结论 具有一定的可靠度 、 可信度 ， 是一种在做真实试验前进 行试验可行性研究的有效途径。仿真计算从建模 、 分析 计算到生成 曲线图形的全过程 ， 属于人机交互过程 ， 模 块和参数 的修改 、图形的调出简单易行。因此 E A S Y 5 软件能够满足液压系统的设计需要 ，它能使工程技术 人员迅速 、 方便地建立系统的虚拟原型 ， 分析系统 的动 态响应特性 ， 从而提高设计水平 。 为新型号产品的开发 提供技术保 障。 参考 文 献 [ 1 】 陕西汉 中飞机集团公 司． 运输 8型飞 机技术说 明书 机械系 统 第一版【 Z 】 ． 汉中 陕西汉中飞机集 团公 司印刷厂， 1 9 8 4 ． [ 2 】 T h e B o e i n g C o m p a n y ．T h e r m a l H y d r a u l i c S y s t e ms L i b r a r y U s e r G u i d e [ M】 ．A m e r i c a The B o e i n g C o m p a n y ， 1 9 9 9 ． 【 3 】 贾铭新． 液压传动与控制[ M】 ． 哈尔滨 哈尔滨工程大学出版社 ， 1 9 9 3 ． [ 4 】 雷天觉． 液压工程手册[ M 】 ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 9 0 ． 【 5 】 P i e t e r J ．Mo s t e r m a n ，Ma n u e l A ．P e r e i r a R e me l h e ， S e b a s t i a n E n g e H ， e t a1．S i mu l a t i o n f o r An a l y s i s o f Ai r c r a f t E l e v a t o r F e e d b a c k a n d R e d u n d anc y C o n t r o l 【 J 】 ． L e c t u r e N o t e s i n C o n t r o l a n d I n f o rma t i o n S c i e n c e s ，2 0 0 2 ， 2 7 9 ． 上接第 3页 所 以使得各工作油路 中的流量只与阀芯的开 口面积成 比例分配。 6 图 7压力补偿阀三维剖视 图 图 8压力补偿阀工作原理 图 4 结束语 负荷传感系统可以检测出负载的压力 ，使泵的供 油压力始终高出负载一个较小的压力差 ，而且各工作 油路 中的流量分配不受负载的影响 ，会按 比例将流量 进行分配。泵能 自动根据 阀的开口大小来调节排量的 大小 ， 输 出合适的流量 ， 实现泵输 出功率与负载需要的 匹配 ， 大大提高 了系统 的效率及操作 的舒适性 ， 是今后 挖掘机液压系统发展的主要方向。 参 考 文 献 【 1 】 张新海， 何清华， 张海涛． 挖 掘机 负荷传感液 压系统 中的压力 补偿[ J ] ． 工程机械， 2 0 0 5 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