賀啟強 肖姝 杭發(fā)琴 劉常福 徐文慶

(中石化勝利油田分公司采油院工藝研究院,山東東營 257000)

AMESim軟件及其在液壓系統(tǒng)中的應用

賀啟強 肖姝 杭發(fā)琴 劉常福 徐文慶

(中石化勝利油田分公司采油院工藝研究院,山東東營 257000)

AMESim軟件是一款多學科領域復雜系統(tǒng)仿真平臺,是液壓系統(tǒng)設計中的主流軟件之一。本文通過介紹AMESim軟件及其應用特點,并結(jié)合具體實例的建模和仿真過程,分析了其在液壓系統(tǒng)分析設計的優(yōu)勢并預測了其在行業(yè)應用的發(fā)展趨勢。

液壓系統(tǒng) 仿真軟件 AMESim

0 引言

傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)往往基于機械功能結(jié)構(gòu)進行設計,在樣機試制成功后往往通過型式試驗、投入生產(chǎn)實踐、進行優(yōu)化改進并反復循環(huán)的過程,造成大量的人類、物力耗散在樣機的試制和改進階段。伴隨計算機技術(shù)的進步,借助計算機仿真技術(shù)可以通過設計計算、虛擬現(xiàn)實等手段,在成品成型之前進行必要的優(yōu)化和修正,加快了設備改進步伐。當前,借助計算機仿真技術(shù),也是進行機械設計的必然要求[1]。

典型的實例是,基于傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設計的液壓系統(tǒng),往往只能設計產(chǎn)品的額定排量、轉(zhuǎn)速、額定扭矩等靜態(tài)參數(shù),而無法反映液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度等動態(tài)特性,因此,對于液壓系統(tǒng)優(yōu)化更是缺少必需的分析手段,而AMESim軟件為用戶提供了一個對液壓系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化分析的綜合平臺。

1 MESim軟件及建模特征[2-8]

AMESim(Advanced Modeling Environment for Simulations of engineering systems),是一款多學科領域、復雜系統(tǒng)的仿真平臺,尤其是應用在液壓/機械系統(tǒng)的建模、仿真及動力學分析的專業(yè)軟件。軟件集合流體、機械、熱流體和控制系統(tǒng)等模塊,為用戶提供一個完善、專業(yè)、友好的仿真優(yōu)化平臺,并可與其他主流軟件進行聯(lián)合仿真。

AMESim軟件采用的建模方法類似于功率鍵合圖法,通過圖形方式來描述系統(tǒng)中各元件的相互關系,能夠直觀反映各元件間的負載效應及系統(tǒng)中功率流動情形,與功率鍵合圖不同的是,AMESim軟件能更直觀反應系統(tǒng)工作原理,其對元件間數(shù)據(jù)傳遞個數(shù)沒有限制,方便用戶進行多參數(shù)優(yōu)化。

區(qū)別于其他仿真軟件,AMESim的最大優(yōu)勢在于可以在仿真過程實現(xiàn)方程特性的監(jiān)測并自動獲取最佳結(jié)果。

圖1 AMESim中液壓元件標準庫

圖2 AMESim中HCD設計庫

圖4 給定信號和液壓缸實際信號曲線

圖5 液壓泵出口流量與溢流閥入口處流量曲線

圖6 液壓缸進出口流量曲線

此外,AEMSim軟件還可以與其他軟件進行聯(lián)合實現(xiàn)混合仿真,其過程只需在各自子系統(tǒng)完成建模,而后進行聯(lián)合仿真,最后用各軟件完成各領域結(jié)果分析。

2 AMESim在液壓系統(tǒng)中應用[9-10]

AMESim包含機械、液壓、熱流體等標準模型庫,圖1所示的是其液壓標準庫。對于標準庫無法滿足建模要求的,AMESim還提供一個基本元件庫設計HCD(Hydraulic Component Design),如圖2所示,利用HCD設計庫,用戶可以以模型組合的方式獲取所需元件的仿真模型。

典型的位置反饋閥控液壓缸系統(tǒng)仿真模型如圖3所示,該系統(tǒng)中,位移傳感器將液壓缸位置信號反饋回來作為一個信號與用戶給定的信號進行比較,二者的差值經(jīng)放大器后作為電磁換向閥的輸入信號并控制換向閥的開口大小,從而實現(xiàn)液壓缸活塞桿的比例控制。

仿真過程分4步,分別是：建立系統(tǒng)草圖,建立系統(tǒng)的數(shù)學(子)模型,在參數(shù)設置模式下完成各元件的參數(shù)設定,最后進行系統(tǒng)仿真。

圖4為給定信號和液壓缸實際位移對比曲線,可以發(fā)現(xiàn),二者十分接近。同時,系統(tǒng)在經(jīng)過一個7S的偏差比較并調(diào)整后到達穩(wěn)定狀態(tài)。

如圖5顯示的是液壓泵和溢流閥的流量曲線,溢流閥流量在系統(tǒng)偏差結(jié)束后與液壓泵出口流量一致并達到穩(wěn)態(tài)。

如圖6所示,系統(tǒng)處于不穩(wěn)定階段,液壓缸進出口流量差別較大,在忽略其他因素影響條件下,仿真結(jié)果比較接近真實情況。

3 結(jié)語

液壓仿真軟件AMESim不僅可以指導新產(chǎn)品的設計開發(fā),建立已有產(chǎn)品仿真模型并進行參數(shù)優(yōu)化,還可以對系統(tǒng)故障進行仿真研究,其操作過程也很人性化。憑借其圖形化用戶界面、強大的模型庫和完整的軟件接口技術(shù),在未來,必將在機械液壓行業(yè)內(nèi)得到廣泛的應用和推廣。

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[10]付永領,祁曉野.AMESim系統(tǒng)建模和仿真—從入門到精通[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006.

賀啟強(1984—),湖北黃岡人,助理工程師,2010年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學機械制造及其自動化專業(yè),碩士研究生,現(xiàn)主要從事機械采油技術(shù)研究與推廣工作。