AMESim的气动模型中可变容积气室的应用研究.pdf

液 压 气 动 与 密 k d - ／2 0 1 5年 第 06期 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 2 1 A M E S i m的气动模型中可变容积气室的应用研究 王志刚， 杨美传 ， 蒙星宇 西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都 6 1 0 0 3 1 摘 要 为研究可变容积气室在 A ME S i m气动模型中的应用， 在分析引入可变容积气室的建模方法的机理的基础上 ， 建立了C C B I I 制 动机电空控制单元中均衡风缸控制模块的两个气动模型。通过仿真对比分析引入可变容积气室后均衡风缸内气体 力 、 三通阀阀芯 位移、 可变容积气室体积的变化。仿真结果表明引入可变容积气室来反映阀内腔体等气体容积变化的实际情况， 使建立的仿真模型 更加科学， 而引入可变容积气室的建模方法是可行的。 关键词 可变容积气室； 气动模型； A ME S i m 中图分类号 T H1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 6 0 0 5 8 0 4 Re s e a r c h o n t he App l i c a t i o n o f Va r i a b l e Vo l u me Pn e u ma t i c Ch a mb e r i n AMESi m Pn e u ma t i c M o d e l WANG Zh i - gan g ,Y ANG M e i - c hu an ，MENG Xi n g- yu S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S o u t h we s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y , C h e n g d u 6 1 0 0 3 l ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o s t l l d y t h e a p p l i c a t i o n o f v a ria b l e v o l u me p n e u ma t i c c h a mb e r i n AMES i m p n e u ma t i c mo d e 1 ． t wo mo d e l s o f E q u a l i z i n g Re s e r v o i r Co n t r o l P o r t i o n ， wh i c h a r e o n e o f t h e p n e u ma t i c c o mp o n e n t s o f E l e c t r o Pn e u ma t i c Co n t r o l Un i t o f CCB I I b r a k e c o n tro l s y s t e m， a r e e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e me c h a n i s m o f mo d e l i n g me t h o d o f a p p l y i n g v a r i a b l e v o l u me p n e u ma t i c c h a mb e r ． T h r o u g h s i mu - l a t i o n o f t h e t wo m o d e l s ， t h e a i r p r e s s u r e i n e q u a l i z i n g r e s e rv o i r , t h e d i s p l a c e me n t o f v a l v e c o r e i n tr i p l e v a l v e a n d t h e c h a n g e o f v a r i a b l e v o l - u mep n e u ma t i c c h a mb e r s v o l u m e c s ．nb e c o mp e d ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t b ythe a p p l i c a t i o no f v a r i a b l e v o l u mep n e u ma t i c c h a mb e r ， th e a e t u a l s i t u a t i o n o f p n e u ma t i c v o l u me ’ S c h a n g e o f the v a l v e c a v i t y c a n b e c o r r e c t l y r e fle c t ， a n d t h e mo d e l b u i l t mo r e s c i e n t i fic ． Th u s ， t h e mo d e l - i n g me t h o d o f a p p l y i n g v a ri a b l e v o l ume p n e u ma t i c c h a mb e r i s f e a s i b l e ． K e y wo r d s v a r i a b l e v o l u me p n e u ma t i c c h a mb e r ； p n e uma t i c mo d e l ； AM ES i m 1 问题描述 A ME S i m A d v a n c e d Mo d e l i n g E n v i r o n m e n t f o r P e r f o r mi n g S i m u l a t i o n o f E n g i n e e r i n g S y s t e m s 作 为一 种 非 常优异的仿真软件， 为用户提供了一个时域建模仿真 环境， 可使用已有的模型或用户采用相应的子模型建 立的新模型来构建优化设计实际的工程元件或系统。 它采用易于识别 的标准 I S O图标和简单直观的多端 口 框图， 可以很方便地建立和修改模型、 设定相关参数 、 进行稳态和动态仿真、 绘制曲线并分析仿真结果， 为流 体 、 机械、 控制 、 电磁等工程系统提供了较为完善的综 合仿真环境和解决方案。 涉及到气动系统 ， A ME S im专门提供了标准气动元 件库 P n e u ma t i c L i b r a r y 和气动元件设计库 P n e u m a t i c C o m p o n e n t D e s i g n L i b r a r y ， P C D ， 分别 如图 1 和 图 2 所 示 部分元件 。用户可以根据 自己的仿真目的灵活地 采用标准库 中已有 的元件或者采用 P C D库元件子模 型 的组合来建立所需的模型。 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 1 5 作者简介 王志刚 1 9 8 7 一 ， 男 ， 河南林州人 ， 硕士研究 生 ， 研究方 向为铁 道车辆制动技术。 5 8 啼毒 图1标准气动元件库 虱鼐 廉露 蒸 藤焱 图 2 P CD库 然而采用P C D 库中的元件子模型搭建具体的阀型 元件时 ， 阀元件子模型的轴向端 口参数仅反 映了元件 的机械运动 包括绝对运动和相对运动 ， 见图3中左 、 中 两个子模型参数图 ， 而径向端 口输入气体的温度和压 力， 输出热量、 流量和体积等动态参数， 元件子模型未 反映阀腔 内气体的容积变化。若不考虑该情况进行建 模， 除气体动态特性无法正确体现外， 还会导致阀芯的 剧烈振荡和仿真速度变慢等问题。 本文采用引入可变容积气室的建模方法来解决此 问题 。可变 容积模 V a r i a b l e V o l u me P n e u ma t i c C h a m b e r ， 以下简称V V ， 见图2 所示的P C D 库部分元件中的 最后一个元件 ， 图 3 中右边 的子模 型是其参数图 ， 可见 其端 口参数与阀元件模型的径向端 口参数相配合 。 下面将在分析引入可变容积气室的建模方法机理 一 H y d r au l i cs P n e u m a ti c s S ea ls／ No0 6 201 5 ． ． 的基础上 ， 通过具体的建模仿真实例来进行在气动模 腔体体积随阀芯位移的变化 ， 使得仿真模型能正确体 型中的应用研究， 论证此建模方法的可行性。 现气体的动态特性。 图 3 P CD库子 元件 模型参数 2 引 人 可 变 容 积 气 室 的建 模 方 法 的 机理 为研 究引人可变容积气 室的建模 方法的机理 ， 采 用标 准气 动元件库 建立 一个起重 器 的简 单 的气 动模 型 ， 然后采用 P C D库 中的子元件模型搭建一个等效 的 气动模型 ， 如图4中 1 、 2 所示 。 霉 ⑦ ⑦ 1 标准模型 2 等效模型 1 3 等效模型 2 图4 起重器 的气 动模 型 设置具体 的模 型参数 ， 使两个模型完全等效 。运 行仿真 ， 对 比标准模型和等效模型 1 的活塞杆位移情 况 ， 如图 5 所示。 很明显， 标准模型和等效模型 1 的活塞杆位移相差 很大。分析原 因如下 在标准模型中 ， 电磁阀和活塞腔 之间直接连接 ， 气体动态特性参数变化取决于标准活 塞元件模型中左、 右两个活塞腔体积， 而活塞腔体积随 活塞杆 的位移而变化 。而在等效模 型 1 中， 电磁 阀和活 塞腔之间通过管路连接 ， 可等效看作定容积， 不能反映 活塞杆位移时左 、 右活塞腔的体积变化 ， 气体动态特性 参数变化基于定容积管路的建模假设是不正确的。 采用引入可变容积气室的建模方法， 对等效模型 1 进行修改 ， 如图4 3 所示 ， 建立等效模型2 。设置两个 可变容积气室的初始体积参数与标准模型中活塞左右 腔体体积相一致 ， 仿真并观察结果如图5 、 图6 所示。 综 上所述 ， 引人可变容积气 室的建模 方法的机理 就通过采用可变容积气室模型来模拟 阀型元件 中阀腔 0 ．3 0 0 2 5 静 0 ．2 0 0 I 5 量o 1 0 O O 5 0 ，， s 图5 活塞杆位移 曲线对 比图 2 0 0 1 8 0 1 6 0 1 4 0 4 0 图6等效模型2中两腔体积变化 3 建模仿真实例分析 3 ． 1 实例建模仿真 本文采用的例子是C C B I I 制动机电控制单元中均 衡风缸控制模块 的气动模型 ， 如图7 所示 。 a 未采用 VV的气动模型 b 采用 VV的气动模型 图7 均衡风缸控制模块 的气 动模型 5 9 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 6 ． 2 0 1 5 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 2 2 高压气动应急放起落架系统的设计与研究 肖 遥 ， 唐弋飞 ， 操 鸿 中航通飞研究 院有 限公 司 ， 广东 珠海5 1 9 0 4 0 摘 要 某大型水陆两栖飞机因 勾主起落架采用下位插销锁， 放下时需要全过程有源作动， 同时飞机下部为水密船身 ， 安装空间紧张， 传统的机械钢索应急放系统难以实现 ， 所以设计 了一套高压气动应急放系统 ， 用于在正常放与备用放系统都失效的情况下放下起 落架。 关键词 水陆两栖飞机； 应急放； 气压传动 中图分 类号 T H 1 3 8 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 5 0 6 - 0 0 6 1 一 O 3 R D O f Hi g h Pr e s s ur e Pn e u ma t i c ELGE S y s t e m X I AO Y a o , T A NG Y i -f e C AOHo n g C h i n a A v i a t i o n I n d u s t r y Ge n e r a l A i r c r a f t I n s t i t u t e Co ． ， L t d ． ， Z h u h a i 5 1 9 0 4 0 ， C h i n a Ab s t r a c t A l a r g e a mp h i b i o u s p l a n e u t i l i z e s b o l t - r e t a i n e d u n i t t o a s s u r e t h e ma i n l a n d i n g g e a r i n t h e d o wn p o s i t i o n ， wh i c h a c q u i r e s a c t i v e p u s h o f t h e wh o l e e x t r a c t i o n p r o c e s s ， a n d t h e l o we r p a r t o f t h e p l a n e i s W a t e rti g h t h u l l ， thi s l e a d t o a n a r r o w s p a c e o f T h e i n s t a l l a t i o n ， T h e t r a d i t i o n a l me c h a n i c a l c a b l e e me r g e n c y e x t r a c t i o n s y s t e m i s d i ffi c u l t t o a c h i e v e ， S O a h i g h p r e s s u r e p n e u m a t i c s y s t e m i s b u i l t t o e x t r a c t t h e l a n d i n g g e ar wh e n t h e h y dra u l i c e x t r a c t i o n r e t r a c t i o n s y s t e m b r e a k d o wn ． Ke y wo r d s a mp h i b i o u s p l a n e ； ELGE s y s t e m ； p n e u ma t i c O 引言 飞机起落架收放 系统用于在规定 的时间内完成收 起或放下起 落架 的任务 ， 起落架 收放 的可靠性对 于飞 机来说非常 重要 ， 很多飞行事故都是在 飞机 的起 飞和 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 3 2 7 作者 简 介 肖遥 1 9 8 8 一 ， 男 ， 四川盐边人 ， 助 理T程 师 ， 学 士 ， 现 从事 飞 机操纵 、 液压系统设计研 发工作 。 - 一 - - - - ● 一- - - - - - - - ， 一 W2 订x xl V V 3 盯 譬 一 s ⋯ 一 ⋯ O p z 设 置 各可 变 容积 气 室 的初 始 体积 d e a d v o l u me 时 ， 只需将阀芯在初始位置时的腔体长度带人以上公 式计算。在此基础上可通过模型仿真对产品设计过程 相关参数提供优化指导。 4 结论 在使用 A M E S i m软件建立气动模型时 ， 引入可变 容积 气室来 反映 阀 内腔体 等气体 容积变 化 的实 际情 况 ， 能有效减小阀芯的振荡， 方便气动阀等气动元件和 着陆阶段发生的 ， 为 了确保起落架收放安全可靠 ， 一般 飞机都要采用 多套 收放机构 ， 特别是应急放起落架系 统 ， 在正常放起落架系统产生故障时 ， 依靠其应急放下 起落架 。 1 研究现状 目前大多数运输 机或民航 客机 采用的是 以机 械～ 钢索为核心的应急放系统 ， 根据各机型的具体情况存 系统气体管路的物理参数的优化 ， 使建立的仿真模型 更加科学。综上所述 ， 在建立气动模型时， 引入可变容 积气室的建模方法是可行的。 参考文献 【 1 】 付永领， 齐海涛． L M S I m a g i n e ． L a b A M E S i m系统建模和仿真 实例教程【 M】 ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 1 1 ． [ 2 】 付永领， 齐海涛． L M S I m a g i n e ． L a b A M E S i m系统建模和仿真 参考手册【 M 】 ． 北京 北京航空航天大学出版社， 2 0 1 1 ． 【 3 ] 陆强， 杨美传． 基于A M E S i m的地铁车辆空气制动系统的建 模及仿真[ J 】 ． 液压气动与密封， 2 0 1 1 ， 1 0 4 5 4 8 ． 【 4 】 赵飞． 基于A ME S i m的气动系统建模与仿真技术研究【 D 】 ． 秦 皇岛 燕山大学， 2 0 1 0 ． [ 5 】 蔡茂林． 现代气动技术理论与实践第六讲 压力调节阀 [ J 】 ． 液压气动与密封， 2 0 0 8 ， 1 5 3 5 8 ． [ 6 】 蔡茂林． 现代气动技术理论与实践第二讲 固定容腔的 充放气[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 7 ， 3 4 3 4 7 ． 出 2 0 0 3 ． 6 1