基于ADAMS与EASY5的40 kN液压起重机联合仿真

程学进，王庆安，许同辉

(1.淮阴工学院机械工程学院，江苏淮安 223003；2.江苏省神工机械制造集团有限公司，江苏淮安 223003)

液压起重机作为一种常见的甲板设备，包含了机械、液压、电气等多个子系统，且工况多变，其液压系统的性能直接影响整台设备的性能。随着计算机技术的不断进步，由最初的单一系统分析逐淅发展到将液压系统与机械、电气等系统耦合起来进行分析成为可能［1－4］。利用虚拟样机技术，分别建立液压起重机的机械系统与液压系统模型，并通过ADAMS的Controls模块与EASY5软件建立实时通信，实现ADAMS和EASY5之间的联合仿真，为液压起重机的设计与试验分析提供一种方便快捷的途径。

1 机械系统建模

1.1 建立三维模型

在ADAMS中进行运动学、动力学分析时，只需考虑零件的质量和质心，而对零件的外部形状可不予考虑，但若能获得准确的零件形体描述，ADAMS自动计算的零件质量和质心位置也就越精确。由于ADAMS软件的三维建模功能相对较弱，但其提供了与通用CAD软件的接口，可利用UG软件进行建模和装配，再以Parasolid格式导入ADAMS中进行仿真分析。

该液压起重机主要由吊臂、回转体及回转支座等组成，可实现变幅、起升及回转动作，分别由变幅油缸与液压马达来完成。在满足工程应用需要的前提下，对起重机模型做了一些合理的简化，然后在UG软件中绘制出了各零件的三维模型，并且对其进行装配。

1.2 建立虚拟样机模型

将UG中建立的起重机三维模型以Parasolid格式导入ADAMS中，设置各个零件的名称和显示颜色，定义零件的材料属性以及各个零件之间的运动副约束关系、欲输出结果、仿真基本参数等，最后得到起重机的虚拟样机模型，如图1所示。

图1 起重机虚拟样机模型

2 液压系统建模

该起重机液压驱动系统由两个独立的液压马达与一个工程液压缸构成，分别实现起重机的回转、起升与变幅等动作。文中只针对变幅动作进行联合仿真，在液压系统图基础上，依据EASY5的工程应用液压库的特点，在不影响分析结果的原则上将原系统进行了适当的简化，建立的变幅动作液压系统回路模型如图2所示。

图2 液压系统回路

此系统采用单向调速回路，活塞杆伸出时速度不可调，退回时由节流阀进行调节，油液的流向由三位四通阀来控制。

3 联合仿真

3.1 接口设计

ADAMS软件的Controls模块提供了与EASY5进行通信的标准接口［5－7］，其作用是实现机械虚拟样机与液压系统模型之间的数据传递。

在EASY5中，液压缸组件有两种工作模式［6］，如图3所示:(1)缸体固定，输入为施加在活塞杆上的作用力，输出为活塞杆的速度与位移，见图3(a);(2)缸体固定，输入为活塞杆的速度与位移，输出为作用在活塞杆上的液压力，见图3(b)。为了保持系统的物理意义与人们的习惯思维一致，采用第二种工作模式，即活塞杆的速度与位移由ADAMS动力学模型计算得出并输出给EASY5中的液压系统模型。液压系统模型在仿真计算的过程中根据输入的速度与位移计算出作用在活塞杆上的驱动力，ADAMS模型则以此驱动力作为输入参数进行动力学计算。

图3 EASY5中活塞缸组件的2种工作模式

在ADAMS中设置好输入、输出变量后，利用ADAMS/Control模块导出，在 EASY5中通过 Extension接口导入，联接两者相对应的输入、输出参数。然后点击EASY5软件Build/Export Model as/ADAMS External System Library，在出现的对话框中对Use Design Parameters和Use Display Output的参数按需要进行设置，这样做的目的是为了在ADAMS软件中可对液压系统的关键参数进行修改，并在仿真结束后显示液压系统运行结果。点击Export后生成*.dll和*.xfe.ezanl两个文件，其中*.dll文件就是ADAMS软件所需要的动态链接库文件。需要注意的是，两个文件需在同一个文件夹内，联合仿真才能正常运行。

3.2 仿真结果分析

设置总的仿真时间为为15 s，三位四通阀的开度函数控制阀芯位置变化如图4所示，仿真结果如图5—7所示。从图中可以看出，液压系统模型中的液压缸产生的推力成功的传递给ADAMS所建立的虚拟样机上，仿真过程成功实现了虚拟样机模型与液压系统模型的无缝连接。

图4 阀芯位置变化曲线

图5 溢流阀流量曲线

图6 液压缸速度曲线

图7 液压缸位移曲线

4 结论

针对液压起重机，探讨了采用ADAMS与EASY5进行机械/液压联合仿真的方法，成功实现了机械系统与液压系统的无缝联接，仿真结果在ADAMS窗口中可直观动态显示，克服了传统设计方法的不足，为相应设备的机电液一体化仿真提供了一种有效的途径。

［1］石磊，孙凯.基于AMEsim克令吊起升液压系统仿真与分析［J］.机电设备，2012(3):72－75.

［2］ZHANG Ming，NIE Hong，WEI Xiaohui，et al.Modeling and Simulation of Aircraft Anti-skid Braking and Steering Using Co-simulation Method［J］.The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering，2009，28(6):1471 －1488.

［3］孙康，陈闻.基于AMEsim与Adams联合仿真的挖掘机双阀芯系统研究［J］.液压与气动，2013(5):74－78.

［4］梁利华，宁继鹏，史洪宇.基于AMESim与ADAMS联合仿真技术的减摇鳍液压系统仿真研究［J］.机床与液压，2009，37(8):200 －202.

［5］张晓芬，丛华，晁志强，等.ADAMS/CAR与EASY5在车辆主动悬架动力学研究中的应用［J］.动力学与控制学报，2007(3):285－288.

［6］The MSCEASY5 Reference Manual［M］.The Msc Software Corporation，2005.

［7］李江波，黄明辉，赵兴.基于ADAMS与EASY5的大型模锻液压机联合仿真［J］.机械设计与制造，2011(6):235－237.