基于AMESim在液压千斤顶和液压钻床工作台系统仿真技术中的应用.pdf

H y d r a u l i c s P n e u m a t i c s ＆S e a l s ／ N o ． 2 ． 2 0 1 2 基于 A M E S i m在液压千斤顶和 液压钻床工作台系统仿真技术中的应用 栾 骁 陈景鹏 孙 克 装备学院， 北京1 0 1 4 1 6 摘要 为 了深入学习并 掌握液压系统的理论知识 ， 并利用它指导工业生产实践 ， 解决实际生活中的应用问题 ． 本 文在理论上 阐述 了液 压千斤顶系统和液压钻床的结构及工作原理 ，并且利用液压仿真软件 A ME s i m对液压千斤顶系统和液压钻床的工作原理进行 了实物 建模和信号仿真 ， 并且 总结归 纳出了相应 的结论 ， 同时对 A ME s i m软件的功能实现和应用范围有了更深刻的掌握 ， 对液压的进一步研 究起着一定 的指导意义。 关键词 A M E S i m； 液压千斤顶 液压钻床 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 2 0 0 3 7 0 3 S i mu l a t i o n o f a Hy d r a u li c J a c k a n d a Hy d r a u l i c P r e s s u r e Dr i ll i n g Ma c h i n e W o r k Ta b l e S y s t e m Te c h n o l o g y Ap p l i c a t i o n Ba s e d o n AM ES i m LU AN Xi a o C HEN J i n g - p e n g SU N Ke T h e A c a d e m y o f E q u i p m e n t ，B e i j i n g 1 0 1 4 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T o s t u d y a n d ma s t e r h y d r a u l i c s y s t e ms t h e o r e t i c a l k n o w l e d g e t h o r o u g h l y ，a n d i n s t r u c t e d t h e i n d u s t ri a l p r o d u c t i o n p r a c t i c e u s i n g i t ，i n t h e s o l u t i o n p r a c t i c a l l i f e a p p l i c a t i o n q u e s t i o n ，t h i s a r t i c l e t o e l a b o r a t e th e h y d r a u l i c j a c k s y s t e m a n d t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e d ri l l i n g ma c h i n e s t ru c t u r e a n d t h e p rin c i p l e o f wo r k t h e o r e t i c a l l y ， a n d h a s c a r r i e d o n t h e mo d e l l i n g a n d t h e s i g n a l s i mu l a t i o n i n k i n d u s i n g h y d r a u l i c p r e s s u r e s i mu l a t i o n s o f t w a r e A ME s i m t o t h e h y d r a u l i c j a c k s y s t e m and t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e d ri l l i n g ma c h i n e p ri n c i p l e o f w o r k ， a n d s u mma r i z e d i n d u c e s t h e c o r r e s p o n d i n g c o n c l u s i o n ， s i mu l t a n e o u s l y r e a l i z e d t o t h e AMES i m s o f t wa r e S f u n c t i o n w i t h t h e a p p l i c a t i o n s c o p e h a d mo r e p r o f o u n d g r a s p i n g ，f u r t h e r s t u d i e d c e rt a i n g u i d i n g s e n s e t o t h e h y d r a u l i c p r e s s u r e ． Ke y Wo r d s A ME S i m；h y d r a u l i c j a c k s ； h y d r a u l i c p r e s s u r e d ri l l i n g m a c h i n e O 引言 A ME S i m软件是一种工程仿真软件 ， 其应用范围十 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 6 3 0 作者 简介 栾骁 1 9 8 7 一 ， 男 ， 辽 宁沈 阳人 ， 在读 硕士 ， 研究 方 向 A ME S i m 建模与仿真 ． 液氢加注系统与 风险评估 。 总功率控制 ，同时主泵通轴驱动的后泵可控制主泵的 流量和功率 ， 使液压系统的最大功率为定值 ， 保证发动 机不会过载。 隧道挖装机选择 L U D V阀控和 L R C S泵控方式 ， 使 挖装机较为节能 、 高效 ， 同时操作性较好。 参 考文 献 【 1 】 张树忠 ， 吴文海 ， 蒋道成． 小型挖 掘机液压系统分析【 J ] ． 机床与 液压． 2 0 1 0 8 ． 分 广泛 ， 可应用 到机械 ， 控 制 ， 液压 ， 电磁 ， 车辆 ， 航天 等。千斤顶和钻床系统在工业和实际生活 中有着广泛 的应用 ， 也是学习液压工作的初步 ， 对其进行研究有一 定 的意义。本文通过对液压千斤顶系统和钻床系统的 仿真 ， 进行简单的液压研究 ， 并得出液压的一些工作原 理 。 [ 2 】 黄宗益 ， 李兴华 ， 陈明． 挖掘机力 士乐液压系统分析[ J ] ． 建筑机 械化 ， 2 0 0 4 1 2 ． [ 3 】 叶伟 ， 黄宗益， 李兴华． 挖 掘机液压 系统泵 阀组合【 J 】 ． 建筑机械 化 ． 2 0 0 3 1 0 ． [ 4 】 陈欠根 ， 纪云锋 ， 吴万荣． 负载独立 流量分 配 L U D V 控制系统 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 3 1 0 ． 【 5 】 彭晓 ， 周志鸿． 挖掘机液压 系统 的分 类与 比较【 J 1 ． 液 压气 动与 密封 ， 2 0 1 1 2 ． [ 6 】 张海涛 ， 何清华 ， 施 圣贤 ， 阳昶． L U D V负载敏感 系统在 液压 挖掘机上的应用[ J ] ． 建筑机械 ， 2 0 0 4 1 0 ． 37 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 2期 1 千斤顶 系统仿真 1 ． 1 千斤顶 结构 及工作 原理 图 千斤顶结构 中有两个液压缸，小液压缸完成 吸压 油动作 ， 大液压缸在油液压力的作用下 ， 把重物顶起 。 当向上搬动手柄时 ，小液压缸 中的小活塞向上移 动， 产生抽吸作用 。 油从油箱经过管道 1 、 单向阀 1 进入 液压缸下腔。当压下手柄 ， 小活塞下移 ， 就将吸入小液 压缸下腔的油 ， 经过管道 2 ， 单向阀 2压入大液压缸下 腔。此时左边单 向阀不通 ， 迫使大活塞向上移动 ， 顶起 重物 。这样不断的上下压动， 油间歇地压人大液压缸下 腔 ， 使重物缓缓上升。工作完毕后 ， 拧开放油塞， 油流回 油箱 ， 大活塞下移， 千斤顶即可取出。如图 1所示。 图 1 千 斤 顶 结 构 图 与原 理 图 一 个小小的千斤顶， 可 以使力放大很多倍 。如小液 压缸直径 d 1 2 mm， 大液压缸直径 d 3 5 mm， 当手柄施 加 3 2 0 N力时 ， 可顶起 5 0 0 0 0 N的重物 ， 可知力大约被 放大了 1 5 6倍。 1 ． 2千斤顶在 AME S i m 中的实物建模 通过 A ME S i m7进行系统建模 ， 如图 2所示。 图 2 在 A ME S i m下的千斤顶建模图 1 _ 2 ． 1 信 号源 压动手柄的往复运动由输入正弦信号代替 放油 塞 由一个常值信号控制 ， 用来调节放油塞开度的大小 。 3 8 1 ． 2 ． 2 机械杠杆 杠杆部分是一个省力结构 ， 由输入控制其行程 ， 并 把力传递给液压小液压缸。大液压缸的上部既是重物 ， 其质量可以根据仿真需要进行调节。 1 ． 2 ． 3 液 压部 分 液压分为两个液压缸 ，左边小液压缸作 为传动力 使用 ， 右边大液压缸作为对重物进行做功使用 ， 大小 ， 高度 ． 直径等都可以进行调节。两个单 向阀， 左边为吸 油 的 ． 右边 为送 油 的。 1 ． 3千斤顶 系统仿真 1 ． 3 ． 1 输 入 系统 仿真 图 通过上下压提千斤顶手柄 ， 使千斤顶向上抬起 。这 个过程相当于一个正弦信号 ，所以手柄部分输入为模 拟正弦信号， 如图 3所示。 图 3 手柄输入仿 真图 千斤顶工作时 ， 放油塞关闭， 阀门开度为零。 如图 4 所示 ， 为放油阀输入 ， 使液压传动油 ， 不流回油箱中。 图 4 放油塞控制信号仿真图 1 ． 3 ． 2 输出系统仿真图 程序运行仿真后 1 8 0 s ， 可以看到重物被缓慢抬起 ， 直到活塞升到最高处 0 ． 3 5 m． 如图 5所示。 X t ／ s 图 5 重物位置移动仿真示意图 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 2 ． 2 01 2 2 液压钻床工作台 2 ． 1 液压钻床结构及工作原理 液压钻床在工业生产中有着广泛的应用 ，也是学 习液压系统入门的基础例子。对其进行研究有一定 的 实际意义。 图6为典型钻床外形示意图 ， 其主要 由液压缸 ， 钻 头 ， 换 向阀 ， 节流阀 ， 溢流阀 ， 电动机 ， 油箱组成。油箱 存储液压油 ， 钻头 由液压缸控制 ， 进行工作 ， 换 向阀利 用 阀芯在阀体孔 内作相对运动 ， 使油路 接通或切断而 改变油流方向 ， 通过改变油 流方 向使液压缸进行前后 移 动 ， 从 而让 钻头沿前后方 向工作 ， 节流阀控制钻头 的 冲 力。 图 6外形 不 意 图 钻床换向阀工作原理如图 7所示 ，搬动换 向阀手 柄可实现钻头的进退。当手柄打到退档的位置时， 由泵 来 的油液 由P口进入换向阀 ，从 A口出来进入液压缸 左腔 ， 推动活塞和钻头后退 ， 右腔的油经换 向阀 B口和 T口流回油箱， 当手柄处于进档时， 钻头前进 。 图 6中节 流阀可以控制液压缸 的运动速度 ，溢流阀可以调节系 统工作压力 以适应相应钻削力 。多余油液 由溢流 阀溢 流回油箱。 图 7换 同 阀 原 理 图 2 ． 2 液压钻床系统建模图 使用 A M E s i m 7版本液压库模型对其进行建模 ， 构 建设计与实际原型相同的模型 ， 其采用与 国际标准 I S O 图形和简单直观的多端 口的框 图，方便用户使用建立 复杂系统模型 ， 并可修改模型和仿真参数 ， 拥有友好界 面， 可进行稳态和动态参数 ， 及绘制曲线 ， 操作方便 ， 便 于后续使用者修改和操作。 通过 A ME S i m进行建模如图 8所示 ，设置仿真时 间 6 5 s ， 以使钻头能完成一个前进与后退 的行程 ， 仿真 步长 0 ． 0 1 s 。使仿真结果图精细化。换向阀输入在 0到 3 0 s 值为 1 ， 3 0 6 0 s 值为一 1 。 节流阀为 8 0 ％开度 ， 以控制 流量 大小 。 ④ 图 8 液压钻孔机床仿 真建模 2 ． 3 液压钻床 系统仿真 如图 9所示为液压钻床系统钻头行进图。 前 3 0 s 钻 头 向左方前进 ， 直到最大量程 ， 后 3 0 s 钻头向后退 ， 并 回 到初始状态 。 1 ． ． H ／ O 0 0 I r o d d i s p la c e me n t [ m ] 图 9钻 床 钻 头 行进 仿 真 图 3 结束语 由上述仿 真结果可得与实际操作相 同的结果 ， 液 压千斤顶可以把力轻松 的放大后 ， 是重物轻松顶起 ， 完 成所需的要求。液压钻床的钻头可向转动方向前进对 工件进行加工 ． 并在结束的时候钻头退 回。 参 考 文 献 [ 1 】 姚新 ， 刘 民钢． 液压与 气动[ M】 ． 北京 中国人 民大学 出版社 ， 2 o o O ． [ 2 】 余佑官 ， 龚国芳 ， 胡 国 良． A ME S i m仿 真技术及 其在 液压系统 39 液 压 气 g -A与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 2期 管材液压胀形试验装置的开发 容海松 杨连发 毛献昌 1 ． 桂林 电子科技大学机电工程学院， 广西桂林5 4 1 0 0 4 ； 2 ． 河池学院物理与电子工程系 ， 广西宜州5 4 6 3 0 0 摘要 管材液压胀形试验装置的开发对管材液压胀形技术的发展起着不可估量的作用。 简述了国内外近年来 几种管材液压胀形 的试 验装 置 ， 包括外控液压增压式和内补液增压式试验装 置 ， 对 比分析 了它们的工作原理 、 技术特点 、 密封方式 以及 内液压力 的产生方式 ， 提出了试验装置开发的发展趋势 。 关键 词 管材 ； 液压胀形 ； 试验装置 ； 开发 中图分类号 T G 7 0 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 2 0 0 4 0 0 4 De v e l o p me n t o f Tu be Hy d r o f o r mi n g Te s t To o l R O N G H a i - s o n f Y A N G L i a n - f a M A 0 X i a n - c h a n f 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， Gui l i n Un i v e r s i t y o f El e c t r o n i c Te c h n o l o g y ， Gu i l i n 5 41 0 0 4， Ch i n a； 2 ． P h y s i c s E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t ，He c h i U n i v e r s i t y ，Y i z h o u 5 4 6 3 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t E x p l o i t a t i o n o f T u b e Hy d r o - f o r mi n g t e s t t o o l p l a y s a n i mp o r t a n t r o l e i n t h e d e v e l o p me n t o f T u b e Hy d r o f o r mi n g t e c h n o l o g y ． S o me T u b e Hy d r o - f o rm i n g t e s t t o o l s a r e i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ， i n c l u d i n g t e s t t o o l wi t h o u t s i d e p r e s s u r e a n d wi t h i n t e r n a l p r e s s u r e ． T h e i r w o r k i n g wa y s ， t e c h n i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ， s e a l wa y s a n d t h e wa y s o f p r o d u c i n g fl u i d i n s i d e p r e s s u r e a r e c o mp a r e d a n d a n a l y z e d ， a n d t h e d e v e l o p me n t t r e n d i n e x p l o i t a t i o n o f t h e t e s t t o o l s i s e n v i s i o n e d ． Ke y W o r d s t u b e ； h y d r o - f o rm i n g ； t e s t t o o l ； e x p l o i t a t i o n O 引言 管材液压胀形技术 T u b e h y d r o f o r m i n g ， T H F 是 指管材在内部液压力作用下径向扩张产生塑性变形的 一 种特种成形工艺 ，是近年来发展起来的一种塑性成 形新工艺。其工艺过程是 将一定长度的薄壁金属管材 放入模具 内， 利用高压液体充人管材内腔 ， 同时铺 以轴 向力 即轴 向补料 ， 使管材变形 ， 充满模具型腔[ 1 J 。与传 统的铸造 、 焊接 、 锻造和机加工等工艺相 比， 该工 艺得 到的零件质量更轻 、 强度更强‘ 、 形状更精确 ， 而且其材 基金项 目 制造系统 与先进 制造技 术广西重点实验室基 金项 目 0 9 0 0 7 0 5 S 0 0 7 ； 广西河池学院青年科研课题资助项 目 2 0 1 1 A N O 0 1 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 7 1 5 作者简介 容海松 1 9 8 5 一 ， 男 ， 硕士研究生 ， 就读于桂林 电子科技 大学研 究生学院机械制造及其 自动化专业 ． 主攻管材脉动液 压成形技术 。 - 一 - - - t --- 一十- - - - - - - - 中的应用『 J 】 ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 5 3 ． 【 3 ] 李 玉玲． 基 于 A ME S i m的 A B S液压调节器 建模 与仿真[ J ] ． 农 业装备与车辆工程 ． 2 0 0 8 9 ． 、 【 4 】 余 佑官 ， 等． A ME s i m仿真技 术及其在液压 系统 中的应J T J [ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 o 5 3 ． 40 料利用率高， 生产成本低。正是由于这些优点， T H F技 术被广泛的应用到汽车制造业 、航天航空制造业等领 域 。 T HF技术的成败取决于合理的选择材质 、 合适的预 成型 、 合理的加载路径等。在使用 T H F技术前 ， 管材成 形性能的测量及加载路径 的确定是两项非常重要 的工 作[2 1 ， 因而试验装置的开发显得尤为重要。 目前国内外 学者开发出了各种试验装置。本文将 国内外学者研制 的试验装置分为外控液压增压式和内补液增压式两大 类 ， 并就各种试验装置的工作原理 、 密封方式 、 液压的 产生进行介绍 、 分析和对 比。 1 外 控液压式试验装置 外控液压式试验装置是指管材液压胀形所需内液 压力 由外部液压系统提供及控制 的试验装置。该类装 置的液压系统一般由伺服泵 、液压传感器 、位移传感 【 5 1 李 壮 云 ， 等 ． 液 压元 件 与系 统[ M 】 ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． 【 6 】 历城功 ， 和彦淼． 液 压系统建模与仿真分析【 M】 ． 北 京 北 京航 空工业 出版社 ． 2 o 0 8 ．