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基于AMESim的轴向柱塞泵仿真

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基于AMESim的轴向柱塞泵仿真 特别说明 此资料来自百度文库(http://wenku.baidu.com/) 您目前所看到的文档是使用的抱米花百度文库下载器所生成 此文档原地址来自 感谢您的支持 抱米花 http://blog.sina.com.cn/lotusbaob http://wenku.baidu.com/view/f4be0cd5c1c708a1284a44df.html 第31卷第1期 2010年3月 上 海 Jo...

基于AMESim的轴向柱塞泵仿真
特别说明 此资料来自百度文库(http://wenku.baidu.com/) 您目前所看到的文档是使用的抱米花百度文库下载器所生成 此文档原地址来自 感谢您的支持 抱米花 http://blog.sina.com.cn/lotusbaob http://wenku.baidu.com/view/f4be0cd5c1c708a1284a44df.html 第31卷第1期 2010年3月 上 海 Journa1 of 海 事 Shanghai 大 学 Maritime 学? Universitv Vo1.31 No.1 Mar.2010 文章?号:1672—9498(2010)01—0081—06 基于AMESim的?向柱塞泵仿真 ??盆I】,??霞 (上海海事大学物流工程学院,上海200135) 摘 要:?研究挖掘机斜?式?向柱塞泵的?力、流量特性;x?L_r-作?程中出?供油?力不足?象 的原因,?合?向柱塞泵的工作原理,建立泵体主要部件的?学模型.利用多学科?域工程系统仿 真高?建模?境(Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems.AMESim)? 件,建立泵体各部件及整体仿真模型;经?????、运行,合理配置参?,?行系统仿真;以柱塞泵 瞬?流量最优?发动机?速和斜??角参??基准?行优化,并得到接近恒?力特性的?果.?方 法可?实际设?提供理?依据和参考,?短研发周期,加快?品的市?投入. ???:?向柱塞泵;工程系统仿真高?建模?境;流量特性;供油?力;恒?力 中?分类号:TH137;TP391.9 文献?志?:A Simulation of axial piston pump based on AMESim LIU Jinjian,LU0 Hongxia (Logistics Engineering College,Shanghai Maritime Univ.,Shanghai 200135,China) Abstract:To study pressure and flow characteristics of excavator’s swash—plate axial pro ton pump , and the reasons of lack of oil supply pressure in working,a mathematical model about the main components of pump is set up according to the main principle of axial piston pump.Using an Advanced Modeling Envi. ronment for Simulation of engineering systems(AMESim)software,a simulation model for parts of pump body and the whole pump is established.After continual test and operation , parameters are set up reason— ably,and the system is simulated.The system is optimized taking the engine speed and slope angle pa- rameters which corresponds to the optimum instantaneous delivery of the pump as the basic plate , and the results of constant pressure properties are obtained.This method provides a theoretical basis and refer— ences for actual design.By the help of this method,the time of research and development Cycle will be curtailed,and the speed of products into market will be accelerated. Key words:axial piston pump;advaneed modeling environment for simulation of engineering system; flow characteristics;oil supply pressure;constant pressure 收稿日期:2009.03.22修回日期:2009.05—31 作者?介:???(1984一),男,广西桂林人,?士研究生,研究方向?液?控制,(E-mail)liujinjian 9@hotmail.corn ??霞(1967一),女,河南洛阳人,副教授,研究方向?机械制造,(E-mail)lnndwwsh@hotmail.com 82 上海海事大 学 学? 第31卷 O 引 言 挖掘机被广泛?用于各种工程?目,尤其是液 ?挖掘机在工程?目中的使用更?流行,全世界各 种施工中65%一70%的土石方量由挖掘机完成.除 完成土石方?挖外,挖掘机?可完成平整、回填、装 ?、抓取、起吊、打?、碎石、?孔和夯实等多种作业. 由于挖掘机的工作?境?劣,工作??繁重,?致挖 掘机特?是液?挖掘机容易出?各种故障,如电气 系统故障、发动机油路故障以及挖掘机工作无力等. 经常出?发动机功率足够、运?正常,但挖掘机作业 速度?慢的情况,大部分是由于液?泵在工作?程 中受到?力脉动以及各运动副之间的摩擦力,使零 部件磨?,?致流量特性降低、供油?力不足等.因 此,有必要?挖掘机的斜?式?向柱塞泵的液?系 统?行仿真. 1 AMESim 工程系统仿真高?建模?境(Advanced Mode1. ing Environment for Simulation of engineering systems, AMESim)是法国IMAGINE公司自1995年?始推出 的1种新型的高?建模和仿真?件,其提供的1个 系统工程设?的完整平台使用户可以在?一平台上 建立复?的多学科?域的机电液一体化系统模型, 并在此基?上?行仿真?算和深人 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 .̈ 用户可 以在AMESim 8.0平台上研究任何元件或系统的? ?和动?性能.AMESim已经成?用于车?、越野设 备、航空航天以及重型设备工业等?域复?系统的 建模和仿真平台. 2液?泵构造及工作原理 液?挖掘机的柱塞泵是由左右2个泵体串联? 成的恒功率变量泵.每个泵体有9个柱塞及滑靴,主 要部件?配油?、斜?、??、缸体、柱塞滑靴?、回 程?簧、伺服变量控制机构以及?动?等,见?1. 回程?簧 斜?4?3)K变量控制机构 ?动? ??柱塞滑靴?缸体配油? ?1柱塞泵主体构造 2.1?向柱塞泵工作原理 柱塞泵的?动?穿?缸体和斜?,两端用?承 支承在壳体上;缸体通?花?与?动?联?;柱塞头 部有滑靴,通?柱塞的力及油膜力??在??上;斜 ?通?1??承安装在油泵壳体下端,可在一定范 ??受伺服变量控制机构的控制?动.随着?动? ?动缸体的旋?,柱塞同?做?周旋?运动和?向 往复运动.基于?原理,缸体旋??,配流?左半周 流量增大,形成吸油动作;配流?右半周流量减小, 形成出油动作.12 吸?油151隔?配流?上的封油? 及缸体底部的通油孔,形成输油方向的变化,双向变 量输油.[。] 3仿真模型建立 3.1柱塞滑靴?受力分析 在柱塞泵的运动中,柱塞及滑靴的运动?足? 重.柱塞和缸体腔之间有相??动和平动,?生动摩 擦,柱塞与滑靴之间也有相??动,在柱塞泵的高速 运动中,柱塞头易?裂.滑靴与斜?、柱塞与缸体孔 以及缸体配流面与配流?所形成的3?主要摩擦副 是影响柱塞泵工作性能和寿命的主要因素,磨?? 重??致供油?力不足,挖掘机出?爬行?象.另 外,如果柱塞与缸孔、配流?与缸体端面、滑靴与斜 ?之间存在泄漏,且在排液柱塞的缸体孔与配流? 阻尼槽接通期间,高?油液倒灌人柱塞腔?造成倒 流?象也是工作效率降低的原因之一. 柱塞与缸体孔摩擦副是无??卸?式的,柱塞 杆在缸体孑L?作直?往复运动,柱塞移动的行程随 斜?角度的变化而变化,并通?配油?的配油窗口 吸油和?油. ?柱塞在吸入?工作?,滑靴的离 心力F ?球心的力矩可使滑靴?C点?动,在滑 靴底部出?楔形间隙,形成偏磨,破坏滑靴的工作, 中心?簧?滑靴的??力F 必?克服滑靴?种? 斜,见?2. ?2滑靴受力分析 患 萋 彗 Administrator 下划线 Administrator 下划线 第1期 ???,等:基于AMESim的?向柱塞泵仿真 83 3.2柱塞的运动方程及模型建立 型见?4。 柱塞的2个分运动分??随缸体的?动和相? 于缸体的直?运动,柱塞上任意一点的运动?迹都 ???. 缸体由0。?动 角后,柱塞相?缸体的 位移s与?角Ot和斜?的?角 有?,位移 s=r 。 X tan X(1一COS Ot) (1) 式中:r ?柱塞分布?半?. 由于本文柱塞泵?恒?变量泵,故?工作在? 定???,斜?不发生?动且缸体的角速度不变,柱 塞相?于缸体的速度方程? =r。X 60 X tan X sin (2) 式中:∞?缸体?动的角速度. 用AMESim?件建立柱塞的2自由度运动方程 模型,其中增益k?柱塞的分布?半?.通?1个速 度??器?斜??斜角速度和缸体?动角速度?? ?直?输出.输入函?? f( ,Y)=r X tan( ×Iv/180)X sin(Y X Tr/180) 仿真得柱塞相?于缸体运动的速度曲?,见?3. 2,0 1 0 圭 3 ? 2.0 : 0 100 ?3柱塞运动曲? 3.3柱塞滑靴?及配油?模型建立 柱塞泵在工作?,柱塞球头与滑靴之间、柱塞与 缸体之?以及滑靴与??之间都存在泄漏,如果柱 塞副和滑靴副磨??重,就会出??重的泄漏??, 降低挖掘机的工作效率,出?爬行?象,液动力?重 不足,因此,在建立柱塞模型??取变长度、有偏心、 ?泄漏的黏性阻尼柱塞.柱塞随缸体运动?程中,柱 塞底部形成逐?增大的近似真空腔,低?油经?配 油?的腰形孔到达柱塞底部腔,形成吸油动作;?柱 塞底部腔容?减小?,形成的高?油经?配油?另 一 ?的腰形孔排出流回油箱,形成排油动作. 由于柱塞运动常会伴随气穴?象,出?不?定 的配流噪声,?减小配油?的困油和?力脉动?象, 多?柱塞泵配油?都设有三角或V形阻尼槽,减小 配流?与柱塞之?的?力差.柱塞运动?,在配流? 的上下死点?不?往复吸油、排油,柱塞腔?流面? 的大小与?流孔和缸体?角有?.在建立配油?模 型?,采用样条曲?和信号??控制吸油和排油动 作,在上下死点位置?有信号输出,且排油信号?? ?吸油信号???后】80。.柱塞滑靴?及配油?模 (a)柱塞及滑靴模型 斜?角度信号 l ?碧 输入缸体?量 (b)?化模型 ?4柱塞滑靴?及配油?模型 3.4伺服控制?模型建立 伺服控制?采用电液控制?芯的?度.在 AMESim?件中,有2种定义元器件的方式:(1)直 接?用AMESim中的?有模型;(2)通?AMESim 提供的一些小?元自行搭建元器件.16 J AMESim中 ?有的?模型只能定义?间与所流经?的流量之间 的?系,本文研究的液?系统所用控制?模型通? 第2种方法搭建.通?研究?联的?部?构及 AMESim?件提供的各种元器件模型,搭建伺服控 制?模型,并加入回程?簧及随动缸模型,柱塞滑靴 ?及配油?模型见?5. 伺服控制?} 。 器?随动缸 楚餐 固.u尸 ?5柱塞滑靴?及配油?模型 3.5柱塞泵总模型 仿真模型?9柱塞泵,9个柱塞按间隔40。分 布.第1个柱塞排油信号??输入角度偏移量? 180。,第2个?(180+360/n )。,第3个?(180+ 2 x360/n )。,依次到第9个柱塞,圯。?柱塞?,柱塞 吸油信号??超前180。.?减小?力脉动,在总出 油口加2个阻尼孔,柱塞泵总模型见?6. 84 上海海事大学 学? 第31卷 4仿真分析及优化 柱塞3 柱塞6 柱塞9 ?6柱塞泵总模型 4.1仿真分析 在仿真?程中,可??电信号输入以?得所需 的??.经?不?的参?设置与仿真??,配置主要 参?见 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1. 表1仿真主要参? 伺服控制?直?/mm 5 柱塞直?/mm 1O 柱塞分布?半?/m 0.1 油箱初始?力/MPa 0.2 斜??角/(。) l2.5 排油口?力/MPa 20 柱塞?/个 9 ?流孔?度/ram 4 阻尼孔1直?/mm l9 阻尼孔2直?/ram 24 二位三通电液??控制电流/mA 500 二位三通电液??固有?率/Hz 80 回程?簧?度/(N?ITI) 8 000 发动机?速/(r?rain ) 1 9oo 缸体?动?量/(kg?m ) 0.006 ???所建立的变量柱塞泵的流量一?力并判 ?其特性,设定斜?起始角度?5。,用每步递增 2.5。?12.5。?行批处理仿真;再设定起始发动机? 速?400 r/rain,用每步递增300?1 900 r/min?行 批处理仿真,?控在不同斜??角及发动机?速下 的流量?力特性,得到相???下的流量及?力曲 ?,见?7和8. 6O 50 三40 30 巡20 景10 ?0 (a)不同斜??角下缸体?角变化 (b)不同发动机?速下缸体?角变化 ?7出油口?力曲? 第1期 ???,等:基于AMESim的?向柱塞泵仿真 85 (a)不同???角下缸体?角变化 不同发动机?速下缸体?角变化 的V形变量柱塞泵参??行比?.V形变量柱塞泵 参?见表2. 表2 V形变量柱塞泵参? 最高使用 无?荷流量/ L.min一 1 ?速/(r?rain ) 型号 ?力/MPa 1 500 r/min l 800 r/min 最高 最低 Vl5 25 22.5 27.0 Vl8 25 26.7 32.0 V23 25 35.4 41.4 l 800 800 V38 25 56.7 68.0 V5O 25 77.2 92.7 V70 2l 104.5 l25.4 由仿真模型可知,?斜??角在7.5。?l0。?, 出口?力在20?34 MPa;?发动机?速在 1 000?1 900 r/min?,出口?力12?48 MPa,出口 流量在12?22L?rain.实际?品V15型号在 1 500 r/min?,流量?22.5 L/min,表明仿真?果比 ?接近实际参?. 4.3优化 瞬?的流量脉动?生的?力冲??柱塞的磨? 有??作用,本文利用建立的柱塞泵液?系统模型, 找到柱塞泵瞬?流量最优?的发动机?速和斜?? 角参?. 设目?函??瞬?流量方程 p=K0COS( 一3.rr/2z) (3) = (4) KQ —疏 式中:d?柱塞直?;D?柱塞分布?直?; ?缸 体?动角速度; ?斜??角;z?柱塞?,取9;咖? 两柱塞间?角,西=2-rr/9;Q?瞬?流量. 由式(3)和(4)可知,影响瞬?流量变化的2个 参??斜??角和发动机?速,而其他参?都?设 ??泵的设?参?,不方便修改.斜??角和发动机 ?速的大小影响瞬?流量的大小,斜??角和发动 机?速?大或?小都会影响流量?力特性,必?? 束在一定范??.斜??角的?束条件?5。? ? 12.5。,发动机?速的?束条件?400 r/rain?N? 1 900 r/rain. (1)设置输入输出参?.输入参??发动机? 速和斜??角,??输出参??泵出口流量,复合输 出参?设定目?函??式(3). (2)??合适的算法.AMESim提供2种算法: NLPQL算法和??算法,本文??NLPQL算法. NLPQL算法是?序2次?划法(SQP)的?行,基于 采用目?函?和?束的梯度解决非?性优化??. 、 0 O 0 O O O O 0 O O ∞舵叭∞叭 ∞ 86 上海海事 大学 学? 第31卷 其中,梯度?系等?设定?10一,期望其最?精度 ?10 Ï. (3)优化.仿真优化参?见表3 表3仿真优化参? 发动机?速/ 斜??角/ 出口流量/ 瞬?流量/ 优化参? (r?rain ) (。) (L?rain ) (Ol ?S一 ) 优化?果 776.8 l2.2 2O.17 1.02 xl0-4 14 12 10 8 趟6 n 4 ?2 0 0.20 0.40 0.60 0.8() 1.O0 t|S (a)优化出口?力曲? ?优化的发动机?速和斜??角输入系统中, 重新仿真得到出口?力及流量曲?,见?9(a)和 9(b),可以看出与优化前分析?果一致.?9(c)? 优化?出口流量迭代曲?,迭代?出口流量在 20.1 IMmin上下波动,优化后的出口流量?20.17 L/min,?9(b)可反映?果的一致性. (b)优化出口流量曲? ?9优化曲? 5 ?束? 以挖掘机斜?式?向柱塞泵?研究?象,在? 柱塞泵?行?构分析的基?上,利用AMESim仿真 ?件建立泵的参?化模型,分析?泵在?定输出? 速及斜??角下的动?特性,并得到?泵的?力、流 参考文献: _c g ● \ Ⅱ ? O 5 l0 l5 2O 25 3O 35 40 45 迭代次?/次 (C)优化流量迭代曲? 量特性曲?,接近于恒?力特性曲??.出?供油? 力不足是由于柱塞的磨?,消除了恒?特性.?提高 泵的设?水平、改善其工作性能,可?参??行不? 的??和优化,以得到?好的动?响?性能,?其他 类型复?泵体的模型建立和分析提供参考. [1]付永?,祁晓野.AMESim系统建模和仿真——从入门到精通[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:23 26. [2]??,冀?,郭勇,等.AMESim仿真技?在小型液?挖掘机液?系统中的?用[J].机电工程技?,2007,36(10):111.114. [2]?肇元.CAT320B挖掘机液?泵控制原理及?整方法[J].建筑机械化,2008(2):67-68. [4]ROCCATELLO A,MANCO S,NERVEGNA N.Modelling a variable displacement axial piston pump in a muhibody simulation environment[C]// American Society of Mechanical Engineers(ASME),Tonno,2006:456468. [5]?宁,付永?,?新学.基于AMESim的双?力柱塞泵的?字建模与?分析[J].北京航空航天大学学?,2006,32(9):1056 1058. [6]苏东海,于江华.液?仿真新技?AMESim及?用[J].机械,2006,33(11):35—37. (????杰)
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分类:生产制造
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