基于AMEsim的淬火炉液压系统研究

摘 要：基于AMEsim的液压系统仿真能简化设计环节，提高系统的可靠性，本文在淬火炉设计中计算得出淬火炉相应的参数及运行数据后，通过AMEsim建模仿真达到与实际系统运行的效果，在仿真中赋予一个可计算得值，然后将仿真结果和数字计算结果做对比，从而证明系统设计的正确性和可靠性。

关键词：AMEsim；淬火炉；换向阀；仿真曲线

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.214

1 引言

随着计算机技术的发展，现代工业要求液压机械设备以及机电液一体化技术的综合性能越高，可靠性的要求也越高，从而对液压控制系统的性能和精度要求等更高，液压系统设计方法仅满足设备工作循环和满足静/态特性设计和性能已经严重过时。动态特性分析和采用动态的液压机械系统设计需要运用计算机仿真技术，计算机液压机械系统动态特性仿真研究已拓展到实际应用环节。计算机仿真技术的AMEsim软件应用可以预测系统设计性能，缩短系统设计周期，降低系统成本，通过仿真系统进行整体分析和评估，最终达到优化设计，系统稳定性及可靠性得以提高。

2 淬火炉结构

淬火炉的顶盖是由一个单作用缸提起。淬火炉顶升液压缸实物图如图1所示，这个液压缸用一个二位三通阀控制。将一个500Kg负载加在活塞杆上模拟重物，测量并计算以下参数。

（1）行程压力、负载压力、阻力和背压。

（2）前进行程速度和时间。

为了使仿真更具有針对性，设置一些仿真的具体参数。等仿真完成后，用户可以看到仿真的结果和实际系统的运行结果，是否数值一致。

参数设置如下：负载MG=500kg，活塞直径D1=50mm，活塞杆直径d1=30mm，行程L=500mm，泵的流量q=10L/min。

通过预设的参数值可以计算出系统的主要参数如下：

要进行仿真，先得有回路原理图，我们设计的回路原理图如图2所示。单作用液压缸上升通过二位三通阀实现供油，下降靠外力和换向阀方向切换实现，不需要油液供油来下降。

3 建模仿真参数设置

要使仿真结果和实际系统运行结果接近，系统每个元件的参数都要和实际运行工况相一致。因此，系统的搭建仅是第一步，更重要的是参数的设置。根据工作原理构建液压系统AMEsim仿真建模如图3所示。

元件1是电动机，元件2是液压泵，泵在电动机的带动下旋转，因此泵的排量乘以泵的转速，共同作用产生了流量，泵的流量为10L/min，因此设置泵得排量为10mL/r，电动机转速为1000r/min，流量就是10L/min。元件3是溢流阀，设置其参数为默认值。元件4为带弹簧的单向阀，选用Rexroth产品，单向阀选为6通径，流量为10L/min时，压差为3bar。设置元件4的参数corresponding pressure drop为3bar，check valve cracking pressure设置为0.5bar。5号元件是管道，采用管路直径为6mm，管道长度为0.5m，管道壁厚为2.5mm。6号元件是换向阀，选择电控式，6通径的换向阀最大流量为60L/min，满足泵的最大流量10L/min的需求。7号元件设定的是对换向阀的控制信号。进入参数模式，双击元件6，弹出change parameters对话框，打开中部parameters表中的valve characteristics，阀全开的电流信号为40mA或0mA信号，参数设置如图4所示，曲线图如图5所示。

元件8为液压缸，设置参数piston diameter为50，rod diameter为30，length of stroke为0.5，total mass being moved为500，angle rod makes with horizontal为90，spring rate为0。其中angle rod makes with horizontal比较重要，该参数保证液压缸竖直放置。Spring rate设置为0，保证有杆腔弹簧刚度为0。通过上面个元件的功能分析，最终设置的参数结果如表1所示。

4 运行仿真

选择元件8，绘制端口1上的压力曲线如图6所示选择PLOT窗口中的工具栏按钮show the temporal cursor coordinates 。拖动控制柄到大约如图7所示位置，从图中可以看出，系统压力，纵坐标大致为25bar，与公式1计算结果一致。

活塞杆的速度曲线如图8所示。用拖动控制柄的方法，可得稳定速度大致为0.085m/s，与计算结果（2）一致。

对于全行程运行时间，经过对曲线进行处理后如图9所示，当y2、y1为0时，x的差值为5.9s，与计算结果（3）一致。

5 结论

通过AMESim对淬火炉液压系统进行建模仿真，结论如下：

（1）AMESim建立的液压监测装置产生的数据仿真图形更加直观的对淬火炉液压系统进行综合分析处理，仿真所得的动态压力速度时间曲线可靠，数据更新方便，操作重复率低，最终使系统研究效率得以提高。

（2）根据所要研究的淬火炉工作系统，AMESim进行液压系统建模仿真，系统的参数设置至关重要，结构参数的合理设置决定着各个元件子模型能否正常仿真，该系统经过前期液压理论计算分析的基础上对各个子模型参数设置、仿真，结果分析并修改参数是贯穿于整个仿真过程。

（3）经过一系列建模，仿真，结果显示该系统是可靠的，与实际的理论数据相适应。基于AMESim的淬火炉系统仿真研究具有一定的优越性，需要复杂实验才能分析所得的数据，经过可靠的模拟仿真动态曲线直接得出结果，对液压系统的辅助设计功能强大，进一步拓展AMESim在液压领域广泛的应用。

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作者简介：赵亚英（1976-），女，工程硕士，副教授，主要研究方向：机电液综合控制的机电一体化系统应用与研究。