基于AMESim/Matlab的液压缓冲器仿真与优化

　　0 前言

　　液压缓冲器是一种利用流体流动的粘性阻尼作用,转化机械能为压力能和热能,用来延长冲击负荷的作用时间,吸收并转化冲击负荷的能量的装置 [1]。它的传统的设计方法是结合运动学、动力学与流体力学进行理论设计,然后引入可变因子进行仿真分析并与试验结果进行对比,最后进行性能的改进。这样 一个设计过程周期较长,操作繁琐,对产品性能要求的多样化非常不利。考虑以上因素,本文利用AMES-mi[2]的仿真环境建立液压缓冲器的仿真模型,以 此来对缓冲器的主要影响参数进行分析研究,并联合Matlab进行结构参数优化设计,加快了其设计进程,提高了设计的成功率。

　　1 仿真环境

　　AMESim (AdvancedModelingEnvironment for Smi -ulation ofEngineering Systems)是法国IMAGINE公司开发的一套高级仿真软件。它是一个图形化的开发环境,用于工程系统的建模、仿真和动态性能分析。AMESim的 特点是面向工程应用从而使其成为汽车、液压和航天航空等工业研发部门的理想仿真工具。仿真者完全可以用AMESim的各种模型库来设计系统,从而可快速达 到建模与仿真以及优化目标,同时还提供了与Matlab、ADAMS等软件的接口,可方便地与这些软件进行联合仿真。

　　MATLAB是MATrix LABoratory的缩写,早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。由于MATLAB提供了强大的矩阵处理和绘图功能,很多专家因此在自己 擅长的领域用它编写了许多专门的MATLAB工具包(Toolbox),如控制系统工具包、系统辨识工具包、信号处理工具包、鲁棒控制工具包、最优化工具 包等等。随着其应用领域的扩大,很多工程设计与分析软件都提供与其进行数据交换的接口,以合理的利用各自的优势解决工程问题。

　　2 液压缓冲器模型的建立

　　液压缓冲器的简化模型如图1所示,主要由缓冲活塞、节流轴芯、缸体以及复位弹簧k₁、k₂等构成,其缓冲的阻尼结构就是轴芯上所开的节流槽以及配合面形成的环形缝隙。在缓冲过程中,空心的缓冲活塞与节流轴芯将缸体内腔分隔为高压腔p₁和低压腔p₂,高压腔中的油液受到外载荷冲击形成的挤压力作用经过节流轴芯与活塞之间的节流孔与环形缝隙。由于油液的粘性与抗压性,外载荷的机械能最终被转换为热能并耗散在空气中。按照图1所示的简化模型,进行AMESim中模型的等效如下:

　　(1)将缓冲活塞简化为质量体与弹簧阻尼机构;

　　(2)将可变节流槽等效为可变节流阀;

　　(3)将环形缝隙等效为活塞与缸体间隙;

　　(4)复位弹簧即线性弹簧。