模块化虚拟液压仿真系统研究

　　1 问题的提出

　　液压传动在国民经济建设的各个方面都得到广泛的应用，在工程机械、自动生产线等行业中的优势尤为突出。目前，采用液压传动的程度已成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。计算机技术的高速发展，给设计、检测、故障诊断的方法带来了飞速发展。例如在机械设计中，已从经验设计跃变到仿真设计，对一个系统，不但可以用不同的软件进行仿真，还可以在实体造型的基础上进行有限元分析。在电路设计方面，功能强大的仿真软件，给仿真设计提供了便利。相比较之下，液压系统的建模、运行监测和故障诊断处于较落后的状态。从设计角度考虑，液压系统设计中的标准化程度比机械设计的标准化程度高，而且测试参数相对较少，主要有压力、流量、振动和油温，有利于进行运行监测与故障诊断。

　　在教科书中，一直将“液压系统出现故障不易查找”作为液压系统的主要缺点之一，这是因为液压传动系统故障分析涉及的基础知识较多，而且液压传动系统是封闭的，运行时无法检查元件内部是否正常工作，将其拆开后系统又无法运行。目前，对液压元件进行建模分析的较多，但还停留在针对某一个液压系统进行建模分析，这是造成液压系统在设计、运行监测和故障诊断方面滞后的主要原因。虚拟仪器技术的快速发展，给液压系统的模块化建模提供了有力的工具。在不同的液压系统中，针对各类不同的液压元件建立仿真模型，就像在虚拟仪器中搭建不同的仪器一样，用与实际液压系统中液压元件相对应的仿真模块，按一定规律搭建，就可以建立不同液压系统的仿真模型。另外，虚拟仪器很容易将实际的液压系统与仿真模型结合起来。用传感器将设备运行中各关键监测点的参数进行采集，将采集的参数直接输入仿真系统中相应的参数输入点，仿真系统就可以根据实际输入的运行参数，对系统运行状态进行监测。由于虚拟仪器软件的数据处理功能非常强大，对采集的数据可以快速进行处理，还可以和正常运行状态进行比较，所以能够实现可靠的运行监测和快速的故障诊断。

　　2 液压系统仿真模块化的基本思路

　　2. 1 液压系统的基本规律

　　液压系统千差万别，但一些基本规律是相同的，要解决液压系统仿真模型模块化的问题，首先是要根据液压系统基本规律，解决液压系统工作时的能量传递和信息传递问题。能量传递主要指流量和压力的传递; 信息传递是指在液压系统工作时各控制信息及变化状态，如各阀的调定压力，调速阀等的调定值，换向阀的换向信号及工作位置，还有系统的温度变化、振动信号等。在能量传递中，能量损失的变化会发生哪些故障，故障现象是什么。在信息传递中，设定值是多少，换向阀在哪个位置工作，温度的当前值和温度的变化率，按传热学的规律分析温度变化是否合理，振动的大小及变化，这些都是正确建立液压系统仿真模块所必须总结和分析的基本内容。在液压系统的能量传递过程中，有以下基本规律。