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基于AMESim的WL3200T压机的液压仿真
作者:湘潭大学机械学院 李兴华 朱瑞林
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水泥设备, 免烧砖机/制砖机, 砌块成型机, 玻璃生产设备, 水泥制管机, ...
摘要:AMESim是法国IMAGINE公司推出的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及力学分析软件,它以其强大的仿真和分析能力在各个领域得到了广泛的应用。本文选取WL3200T全自动压砖机的液压系统压制部分为研究对象,利用AMESim对其进行建模、仿真,分析影响液压系统动态特性的主要参数,得出系统压制部分活塞运动速度和液压缸压力的动态特性曲线,为全自动液压压砖机系统设计和参数优化提供了依据。
关键词:AMESim;液压系统;全自动压砖机;动态仿真

全自动液压压砖机是集机、电、液、气、计算机技术和陶瓷工艺技术高度一体化的专用设备,也是当代世界陶瓷墙地砖生产线上最关键的装备。随着陶瓷工业技术的不断进步和发展,对陶瓷墙地砖自动液压压砖机液压系统的稳定性、可靠性、精确性及易操作性提出了越来越高的要求。对液压传动与控制系统的性能和控制精度等也提出了更高的要求[ 1 ] 。国内压砖机的水平己接近或达到,甚至于部分超过国外先进压砖机的水平,但液压系统的设计主要借助于经验,而理论上的研究工作较少。我们知道砖质量的高低、压砖机稳定运行的可靠性及运行速度的快慢与液压系统的动态性能密切相关,因此我们有必要对全自动液压压砖机性能、液压系统和控制性能进行研究[ 3 ] 。

通过对压砖机液压系统进行动态仿真研究,可以使我们了解压砖机液压系统主油缸的压制力、活塞运行速度、动作时间及活塞的行程等参数以及各个元件间相互影响和作用,从而为进一步提高和完善现有的压砖机液压系统的动态性能提供理论依据。

本文基于改善全自动液压压砖机液压系统的动态特性,针对WL3200T全自动液压压砖机液压系统,采用AMESim建模,建立WL3200T全自动液压压砖机压制过程的模型,并对模型仿真,得出系统压制部分活塞运动速度和液压缸压力的动态特性曲线,为全自动液压压砖机系统设计和参数优化提供了依据。

1AMESim介绍

AMESim (Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)是法国IMAGINE公司1995年推出的基于键合图的液压/机械系统建模、仿真及动力学分析软件, 至今已经发展到AMESim7. 0。AMESim软件采用的建模方法类似于功率键合图法,但要比功率键合图法更先进一些。相似之处在于二者都采用图形方式来描述系统中各元件的相互关系,能够反映元件间的负载效应及系统中功率流动情况,元件间均可双向传递数据,规定的变量一般都是具有物理意义的变量,都遵从因果关系。不同之处在于AMESim更能直观地反映系统的工作原理,可以对更多参数进行研究,可以研究功率键合图法所不能处理的气穴等复杂现象,还可以应用不连续建模技术。其次,与其他仿真软件相比较,它采用复合接口,即一个接口传递多个变量,简化了模型的规模,使得不同领域模块之间的物理连接成为可能,具有稳态仿真、动态仿真、批处理仿真、间断连续仿真等多种仿真运行方式,可以得到精度和稳定性很高的仿真结果[ 4 ] 。

2 建立液压压制部分的AMESim模型

AMESim专门为液压系统建立了一个标准仿真模型库,如图1所示(部分元件) :

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图1 标准液压元件库

鉴于液压系统的元件多式多样,标准库无法满足所有的建模要求, AMESim提供了一个基本元件库设计HCD (Hydraulic Component Design) 。如本文中,插装阀在建立标准库中没有液压模型,这就需要利用HCD来建立元件模型。图2为插装阀模型。

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图2 插装阀模型

对于一个具体的液压系统来说,当分析的目的不同时,建立的模型也是不一样的,在满足要求的前提下模型越小、越简单越好。对于压砖机液压系统简化其动态模型时,一些对系统动态特性影响不大的非主要因素可以忽略。WL3200T压砖机压制部分液压系统图如图3所示。

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MP1 恒压变量泵MP2 循环泵SC 过滤器M1 压力表R1 插装阀V10 插装阀Q2 蓄能气V3 插装阀V18 插装阀
V1 比例插装阀V11~V14 插装阀VS1~VS3 梭阀S11~S14 电磁阀S8 电磁阀S3 电磁阀S18 电磁阀T3 上油箱
图3WL3200T压砖机压制部分液压系统图

通过对液压系统各个元部件的分析得知,在建立压砖机液压系统压制部分的模型时,需要做一些处理,主要有以下几点:

插装阀的模型建立,在标准库中找不到相应的元件,这就需要我们利用HCD进行模型的设立,由于是根据自己已有的知识进行插装阀模型的建立,这样就没有一个统一的样式,这就需要我们找到一个统一的标准来衡量这些模型是否正确的建立。如图2是笔者建立的插装阀模型。模型建立以后就需要对这个模型进行校核,笔者所选的标准是模型得到的特性曲线跟实物的特性曲线要基本上保持一致。

主活塞模型也需要HCD自己建立,参数的设置需要我们设计WL3200压砖机时的尺寸,实物的实际重量等具体的设计数据。AMESim中质量块模型设置时要特别注意,参数度数要设为90°。

主油箱中的液压油在压制过程主活塞开始下行时进行的是近似自由落体运动。所以以一次加压过程为例,建立液压系统的模型如图4所示。

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图4 WL3200压机AMESim模型

3仿真结果及分析

确定主要元件模型参数如下:

在主油箱上加压力为: 0. 2MPa;
增压缸模型:小端直径为190  ,大端直径为250 。质量为134 kg;
泵的排量为250 cc / r ;
主活塞直径为1 100 mm,活塞杆为1 080 mm。活塞质量为3 150 kg,活动横梁质量为8 154 kg。总质量为11 540 kg。

参数设定后对系统进行仿真,得出液压系统压制部分活塞运动速度和液压缸压力的动态特性曲线,如图5~图7所示。

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图5 活塞行程

由图5~图6可以看出,在一次加压过程中,随着时间的增加,活塞运行速度基本上呈线性快速增加。

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由图7可以看出,前0. 14 s油缸中压力为0,在0.14 s~0. 16 s压力迅速上升到36MPa。

4结论

在一次加压过程中,随时间的增加,活塞运行速度基本上呈线性快速增加。采用AMESim进行仿真,能准确地反映实际液压系统的动态性能,从而为保证压砖机液压系统的稳定性和过渡品质提供了理论依据。

参考文献
1张柏清编. 全自动液压压砖机. 南昌:江西科学技术出版社, 2000
2冯长印,张柏清. 国产陶瓷砖自动液压压砖机的市场与技术进步. 全国性建材科技期刊———陶瓷, 2006 (12) : 30~32
3冯长印,钱锦. 国内陶瓷墙地砖自动液压压砖机发展现状及展望. 中国陶瓷工业, 1999 (2) : 22~24
4丘铭军,赵航,姚培. AMESim软件及其应用. 路面机械与施工技术, 2005 (1) : 13~15(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/10/2011)
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