基于AMESim的多级液压缸建模与仿真

　　与单级液压缸相比,在缸体初始长度相同的情况下,多级液压缸具有更长的行程,因而被广泛运用于大型起竖装备中。多级液压缸的运行受到液压力、静摩擦力、动摩擦力、黏性摩擦力、换级碰撞、负载等多种因素的影响,因而其数学模型比较复杂,采用单一软件编程建模[1]的方法工作量很大,这给研究基于多级液压缸的双缸同步起竖、快速起竖等问题带来了困难。

　　为了减少编程建模的工作量,文献[2]对此做了积极有效的研究,提出了多软件协同建模的方法,然而该建模方法的工作量依然很大。作者以四级液压缸为例,提出了一种在AMESim软件中利用液压元件设计(HCD)库和机械库中的元件,采用单级液压缸级联方式构建多级液压缸模型的新方法,该建模方法具有模型构建简单、参数设置方便、能充分考虑到各种摩擦力等优点,比以往的编程建模方法和多软件协同建模方法更为实用。

　　1　模型构建与建模方法介绍

　　用单级缸级联法构建的某四级液压缸模型如图1所示。图中BAP11、BAP12为HCD库中缸体固定的活塞模块, BAP11与BAP12组合,构成一个缸体固定的单级缸; BRP17、BRP18为HCD库中缸体可移动的活塞模块, BRP17与BRP18组合,构成一个缸体可移动的单级缸。MAS30为机械库中带可移动套筒的有固定外壳的质量块, MAS31为仅有可移动套筒的质量块。四级液压缸模型由3个缸体可移动的单级缸和一个缸体固定的单级缸级联组成。前一级单级缸的活塞杆与下一级单级缸的可移动缸体连接,可移动缸体与相应的质量模块中的质量块连接,以此来模拟多级缸中作为下一级活塞套筒的活塞。各单级缸的正反两腔分别连接两个动态容积模块(BHC11),以此来模拟四级液压缸正反两腔的流量压力特性。

　　缸体固定的单级缸和缸体可移动的单级缸级联,外壳固定的带移动套筒的质量块MAS30和仅有可移动套筒的质量块MAS31级联,单级缸的级联将受到的液压力传递给对应的具有碰撞力、摩擦力、质量、位移等多种属性的带移动套筒的质量块。该方法的核心为质量块的级联构成了多级液压缸的刚体,单级缸的级联构成了多级液压缸刚体的液压力源,刚体与相应的力源联系,构成了具有液压流体特性、摩擦力特性、碰撞力特性等完整的多级液压缸模型。通过增加或减少缸体可移动的单级缸和MAS31质量块的数目就可以构建出不同级数的多级液压缸模型。

　　2　实物和模型对比分析

　　为了证明单级缸级联法构建的模型的有效性,下面将对四级液压缸模型和实物从主要受力、附加受力、流体力学等方面进行对比分析。

　　2·1　主要受力分析