AMESin仿真技术在液压系统中的应用

1.仿真问题的提出与目的

液压凿岩机是20世纪70年代发展起来的凿岩钻孔设备，它广泛应用于冶金矿山、能源交通、军事工程等领域。笔者研究了一种新型无阀控气液联合液压凿岩机的结构原理，由此可改善传动液压凿岩机笨重的问题；另外，此结构运用了气液联合做功，利用冲击机构后端的氮气室吸收与释放能量，提高了该凿岩机的性能与效率。

无阀控气液联合液压凿岩机主要由冲击活塞、钎杆、缸体、氮气室及液压驱动系统构成，冲击活塞在工作中的运动规律十分复杂，未经简化之前，几乎无法用数学模型准确描述。因此，可借助AMESim仿真技术。在AMESim中，用户可以建立复杂的涉及多学科与多领域的建模，也可以在建模的基础上进行仿真分析计算与优化，还可以分析所建系统中任何元件，乃至整个系统的稳态性能与动态性能。AMESim是一款面向工程应用的系统建模仿真软件，推出之后便成为液压研发部门的理想选择。AMESim涉及多个学科与领域，并且每个学科与领域都有经过缜密的检测与试验验证的元件库。

AMESim的诞生使得工程师可以从建立复杂的数学建模中解放出来，从而可以把更多的精力投注在物理系统建模本身，而且AMESim的使用不需要书写任何的代码与程序。工程师可以使用软件已经提供的模型或者新建适合自己的子模型来搭建自己的仿真模型。AMESim使用方便，仿真结果全面，界面友好。

图4-3 液压缸的压力-时间曲线

图4-4 无阀控气液联合液压凿岩机冲击器的仿真模型

2.仿真模型的建立

AMESim是一个图形化的开发环境，用于工程系统建模、仿真和动态性能分析。使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统，所有的模型都经过严格的测试和试验验证。AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模仿真的最终目标，而且还可以分析和优化设计。

使用AMESim软件对无阀控气液联合液压凿岩机液压系统进行建模与仿真分析仅需要以下四步：

（1）Sketch——草图模式 在草图模式中，需要从不同的元件库中选取需要的图形模块来建立无阀控气液联合液压凿岩机的系统模型。AMESim现有的应用库有17个，本研究的无阀控气液联合液压凿岩机的建模中需要用到6个库中的元件，这6个库分别为机械库、信号控制库、液压库、液压元件设计库（HCD）、气动库、气压元件设计库。搭建模型之前需要考虑每个油孔进口、出口、作用面等信息，整理好思路之后，从元件库中选取元件，搭建成无阀控气液联合液压凿岩机冲击器的仿真模型，如图4-4所示。(www.xing528.com)

（2）Submodel——子模型模式 若在草图模式中搭建的模型是合理的，那么便可以进入子模型模式。在AMESim中，每一个库元件都有可能与多个子模型相关联。在子模型模式中，需要为每一个图形模块选取合适的数学子模型。若对模型的子模型没有特殊的要求，可以选择首选子模型。

（3）Parameter——参数模式 完成子模型模式后，单击参数模式图标，进入参数模式后，双击需要设置参数的元件，为元件输入对应参数。无阀控气液联合液压凿岩机仿真的重要参数见表4-2。

表4-2 无阀控气液联合液压凿岩机仿真的重要参数

（4）Simulation——仿真模式 完成参数设置后，单击仿真模式图标，设置仿真模式的运行参数。由于无阀控气液联合液压凿岩机的冲击活塞是高速振荡的，故在此处设置仿真运行参数应当考虑冲击活塞的运动情况，合理地缩短仿真时间，同时提高采样周期，这里仿真时间设置为0.2s，仿真采样周期设置为0.001s。

3.仿真结果与性能分析

按照对应计算结果，进行参数的设置，并运行仿真模型，可得到冲击活塞部分仿真结果，如图4-5所示。

图4-5 冲击活塞部分仿真结果

a）冲击活塞速度曲线 b）冲击活塞位移曲线 c）冲击活塞加速度曲线 d）氮气室压力曲线

无阀控气液联合液压凿岩机的性能，一部分可以通过测量仿真结果的曲线直接得出，另一部分可以通过计算间接得出。