基于AME Sim的液压加载系统设计与仿真

张晓菊 王维娜

摘 要：设计与仿真是目前优化液压加载系统科学性的主要方式之一。文章首先分析了液压加载系统的总体设计原理。其次，分析了目前设计与仿真系统存在的问题。最后，针对这些问题，提出优化液压加载系统科学性的有效对策，并利用AME Sim对仿真结果进行检验，促进设计方案的合理化改进。

关键词：AME Sim；液压加载系统；仿真

1 液压加载系统的总体设计原理

液压加载系统主要由液压缸、球绞、液压泵站、工控机、反力架构成[1]。对液压加载系统的检验检测，主要是结构静力学加载测试。技术人员采用信号采集输出的方式，用反力架做支撑，控制液压加载装置。液压加载装置的运行压力分为两种。（1）低压空载状态。这种状态下，液压加载系统的电压水平较低，本身不产生负荷，液压缸活塞位置较低，系统的噪声现象和发热现象微弱[2]。（2）高压加载状态。这种状态下，液压加载系统的电压水平较高，液压缸的活塞处于快速运动当中，可以产生较大的加载力和位移，运行的噪声较大，发热现象明显。

以此可以看出，液压伺服加载系统，主要的动力来源是液压泵站，技术人员通过工控装置，完成对液压加载系统的参数设置，力传感器根据设定的参数产生相应的位移，控制液压加载系统伺服阀门的开口大小和开口时间，从而自动调节进入液压缸的油料数量，完成对设备载荷和位移的控制。总的来说，液压加载系统的工作流程为：工控机—伺服阀（液压泵站）—液压缸—负载—力传感器（位移传感器），如此循环往复，完成对设备的控制[3]。

2 液压加载系统设计与仿真系统存在的问题

2.1 传统检验效率低

目前，液压加载系统设计与仿真过程主要运用传统的检验方式，技术水平比较落后，技术人员主要通过类比法与参数法，对液压加载系统高的元件性能进行检验，检验的周期比较长，耗费的时间精力和物力成本比较大，检验的效率比较低。

2.2 很多设计与仿真技术人员，对二次优化过程不够重视

液压加载系统在从低压空载状态，转换到高压加载状态时，会出现液压元件的损坏，并引起系统的振动和噪声的加剧，很多技术人员没有将这一缺陷当作仿真设计实验的内容，导致液压加载系统的缺陷长期得不到解决。

2.3 残留的高压油液影响系统运行的安全性与稳定性

液压加载系统关闭之后，液压泵内残留着一些高压油液，这些高压油液会对系统的元件产生冲击，影响了系统运行的安全性与稳定性。很多技术人员没有充分考虑到这一点。

3 基于AME Sim的液压加载系统设计与仿真优化

3.1 AME Sim建模与仿真

3.1.1 AME Sim平台的优势

應用AME Sim这一系统建模仿真平台，对液压加载系统的元件进行设计与仿真优化，有以下明显作用。（1）提高参数设置的精度，对元件的具体参数进行检验，保障液压系统设计方法满足市场的需求，向高性能、高稳定性、高精准度的方向发展。（2）AME Sim这一系统建模仿真平台，是一种前期检验方式，可以将损失控制在最小，在设计环节就对产品的性能进行检验，避免大规模生产造成的资源浪费。（3）AME Sim可以良好地掌握液压加载系统元件的动态性能与静态性能，提高设计的有效性，缩短设计更改的周期，将设计成果更快地投入到生产环节，降低设计方案整改的成本，提高液压伺服加载系统运行的安全性与稳定性。

3.1.2 整体建模

基于AME Sim系统建模仿真平台的液压加载系统设计与仿真模型建立，主要分为以下几个步骤。（1）调节液压加载系统的控制信号，在具体检测前，对液压加载系统的性能做出预测。（2）利用数学模型，计算液压加载系统的增益值，对液压加载系统的静态特性有一个初步了解，提高设计方案的针对性，减少盲目设计造成的资源浪费。（3）对液压加载系统的液压缸进行模型分析，提高液压加载系统的稳定性，检验其运行过程中的动态特性，并与设计方案中的模型进行对比，提高设计的稳定性与可靠性。（4）在液压加载系统上加装冷却器，检验冷却器工作过程中，对高压加载状态下的液压加载系统的影响，通过温度传感器传回的数据，分析设备温度对液压加载系统的运行造成的影响。（5）在液压加载系统上加装过滤器，减少高压加载状态下的运行污染。

3.1.3 参数检验

在AME Sim系统建模仿真平台完成了整体建模之后，技术人员要对液压加载系统进行参数检验，在AME Sim系统建模仿真平台中输入参数，观测液压加载系统运行中的参数变化，对参数进行调整和最终确定。首先，将AME Sim系统建模仿真平台调整到参数模式，对液压加载系统的元件进行参数分析，加强对各个元件运行指令与运行程序的掌握。其次，将观测到的参数进行数据清洗与数据挖掘，检验参数中的错误值，对误差大的数据进行单独分析，将无效的数据及时剔除，减少AME Sim系统建模仿真平台中的数据冗余，提高参数设置的有效性。最后，技术人员要根据液压加载系统元件的主要指标性能，对照实际运行中的状态观测结果，进行最终参数设置。例如，动力传感器的初始值为零，技术人员根据观测结果，可以将传感器的输出信号增益设置为100，并按照这个参数，将整个液压加载系统的增益参数调整为100。

3.2 基于AME Sim的液压加载系统设计优化

基于AME Sim的液压加载系统设计优化，主要是为了解决液压加载系统在从低压空载状态，进入高压加载状态时，压力骤增的问题，并缓解系统关闭之后，高压油液对系统元件造成的冲击。为此，可以进行以下尝试。（1）伺服装置系统模型改进。可以尝试在原有的系统模型上，加装一个蓄能器，以此为能量基础，控制液压加载系统的指向信号。（2）可以尝试在原有的系统模型上，加装一个电磁换向阀，控制液压加载系统的电磁方向转换。（3）将电磁换向阀的开关限制设定为520 s，换向阀可以根据系统运行的时间，自动化控制电磁的方向，改变液压加载系统供油压力曲线。（4）可以运用AME Sim系统建模仿真平台，对改进后的液压加载系统，进行参数检验与曲线对比，检验系统压力骤增和骤降的情况是否得到改善。（5）系统在运行520 s，自动关停之后，技术人员要检验剩余压力的释放情况，避免液压缸内残留高压油液。

3.3 液压加载系统的最终设计方案

从表1数据可以看出，改进措施有效降低了液压加载系统进入高压加载状态时，元件承受的冲击力，缓解了系统关闭之后，液压缸的高压油液残留问题，系统残留的剩余压力，从22 MPA下降为0 MPA，活塞位置的位移变化程度减少，系统运行过程中，振动和噪声现象减弱。说明此次改进措施有效。

在此基础上，技术人员可以运用AME Sim系统建模仿真平台，对液压加载系统的整体模型进行再次检验，确定设计与仿真实验改进的最终方案，将运行的稳定性、安全性综合考虑进去。

4 结语

综上所述，技术人员要充分利用AME Sim这一系统建模仿真平台，检验产品的参数是否能够达到设计要求。通过本文的分析可知，研究基于AME Sim的液压加载系统设计与仿真，有助于技术人员从问题的角度出发，看到目前设计与仿真的缺陷，有针对性地进行参数检验与仿真设计方案调整。因此，技术人员要加强对AME Sim系统建模仿真平台的理论学习，并在设计与仿真实践中，探索优化液压加载系统科学性的对策。

[参考文献]

[1]宋海燕，陈继涛.基于AME Sim的液压支架加载系统设计与研究[J].电子世界，2018（19）：16-18.

[2]朱晓刚.汽车座椅安全带固定点强度测试液压控制系统的研究[D].上海：上海应用技术大学，2016.

[3]施志辉，郜乐滨，汤武初，等.基于AME Sim的轴箱轴承试验机液压系统设计与仿真[J].机床与液压，2014（2）：51-53，32.