AMESim软件及其在液压系统中的应用

贺启强 肖姝 杭发琴 刘常福 徐文庆

(中石化胜利油田分公司采油院工艺研究院,山东东营 257000)

AMESim软件及其在液压系统中的应用

贺启强 肖姝 杭发琴 刘常福 徐文庆

(中石化胜利油田分公司采油院工艺研究院,山东东营 257000)

AMESim软件是一款多学科领域复杂系统仿真平台,是液压系统设计中的主流软件之一。本文通过介绍AMESim软件及其应用特点,并结合具体实例的建模和仿真过程,分析了其在液压系统分析设计的优势并预测了其在行业应用的发展趋势。

液压系统 仿真软件 AMESim

0 引言

传统液压系统往往基于机械功能结构进行设计,在样机试制成功后往往通过型式试验、投入生产实践、进行优化改进并反复循环的过程,造成大量的人类、物力耗散在样机的试制和改进阶段。伴随计算机技术的进步,借助计算机仿真技术可以通过设计计算、虚拟现实等手段,在成品成型之前进行必要的优化和修正,加快了设备改进步伐。当前,借助计算机仿真技术,也是进行机械设计的必然要求[1]。

典型的实例是,基于传统机械结构设计的液压系统,往往只能设计产品的额定排量、转速、额定扭矩等静态参数,而无法反映液压系统的压力、流量、温度等动态特性,因此,对于液压系统优化更是缺少必需的分析手段,而AMESim软件为用户提供了一个对液压系统实现优化分析的综合平台。

1 MESim软件及建模特征[2-8]

AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulations of engineering systems),是一款多学科领域、复杂系统的仿真平台,尤其是应用在液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析的专业软件。软件集合流体、机械、热流体和控制系统等模块,为用户提供一个完善、专业、友好的仿真优化平台,并可与其他主流软件进行联合仿真。

AMESim软件采用的建模方法类似于功率键合图法,通过图形方式来描述系统中各元件的相互关系,能够直观反映各元件间的负载效应及系统中功率流动情形,与功率键合图不同的是,AMESim软件能更直观反应系统工作原理,其对元件间数据传递个数没有限制,方便用户进行多参数优化。

区别于其他仿真软件,AMESim的最大优势在于可以在仿真过程实现方程特性的监测并自动获取最佳结果。

图1 AMESim中液压元件标准库

图2 AMESim中HCD设计库

图4 给定信号和液压缸实际信号曲线

图5 液压泵出口流量与溢流阀入口处流量曲线

图6 液压缸进出口流量曲线

此外,AEMSim软件还可以与其他软件进行联合实现混合仿真,其过程只需在各自子系统完成建模,而后进行联合仿真,最后用各软件完成各领域结果分析。

2 AMESim在液压系统中应用[9-10]

AMESim包含机械、液压、热流体等标准模型库,图1所示的是其液压标准库。对于标准库无法满足建模要求的,AMESim还提供一个基本元件库设计HCD(Hydraulic Component Design),如图2所示,利用HCD设计库,用户可以以模型组合的方式获取所需元件的仿真模型。

典型的位置反馈阀控液压缸系统仿真模型如图3所示,该系统中,位移传感器将液压缸位置信号反馈回来作为一个信号与用户给定的信号进行比较,二者的差值经放大器后作为电磁换向阀的输入信号并控制换向阀的开口大小,从而实现液压缸活塞杆的比例控制。

仿真过程分4步,分别是：建立系统草图,建立系统的数学(子)模型,在参数设置模式下完成各元件的参数设定,最后进行系统仿真。

图4为给定信号和液压缸实际位移对比曲线,可以发现,二者十分接近。同时,系统在经过一个7S的偏差比较并调整后到达稳定状态。

如图5显示的是液压泵和溢流阀的流量曲线,溢流阀流量在系统偏差结束后与液压泵出口流量一致并达到稳态。

如图6所示,系统处于不稳定阶段,液压缸进出口流量差别较大,在忽略其他因素影响条件下,仿真结果比较接近真实情况。

3 结语

液压仿真软件AMESim不仅可以指导新产品的设计开发,建立已有产品仿真模型并进行参数优化,还可以对系统故障进行仿真研究,其操作过程也很人性化。凭借其图形化用户界面、强大的模型库和完整的软件接口技术,在未来,必将在机械液压行业内得到广泛的应用和推广。

[1]秦家升,游善兰.AMESim软件的特征及其应用[J].工程机械,2004(12):6-8.

[2]张康智,王栓强,陈加胜.液压仿真软件的应用及其发展[J].科学之友,2008(9):123-124.

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[4]王亮,韩虎,高洁.液压系统仿真软件及其应用[J].煤矿机械,2007,28(12):102-104.

[5]王勇亮,卢颖,赵振鹏等.液压仿真软件的现状及发展趋势[J].液压与气动,2012(8):1-4.

[6]潘东升,陈松茂,丘宏扬等.液压仿真技术的现状及发展趋势[J].新技术新工艺,2005(4):7-11.

[7]吴跃斌,谢英俊,徐立.液压仿真技术的现在和未来[J].液压与气动,2002(11):1-3.

[8]邓习树,李自光.当前液压系统仿真技术发展现在及趋势[J].机床与液压,2003(1):20-22.

[9]余佑官,龚国芳,胡国良.AMESim仿真技术及其在液压系统中的应用[J].液压气动与密封,2005(3):28-31.

[10]付永领,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.

贺启强(1984—),湖北黄冈人,助理工程师,2010年毕业于哈尔滨工业大学机械制造及其自动化专业,硕士研究生,现主要从事机械采油技术研究与推广工作。