基于ADAMS的两级液压油缸建模与仿真.pdf

信息技术 黄东， 等 基于 A D A MS的两级液压油缸建模与仿真 基于 A D A MS的两级液压油缸建模与仿真 黄东。 贾民平 东南大学 机械工程学院， 江苏 南京 2 1 1 1 8 9 摘要 介绍了两级液压油缸的结构和工作原理， 利用 A D A MS软件 ， 通过将两级液压油缸分解 成两个单级液压油缸， 建立了两级液压油缸动力学仿真模型。以某型号汽车为例， 进行了液压 起竖系统的仿真。 关键词 两级液压油缸； A D A MS软件； 建模； 仿真 中图分类号 T H 1 3 7； T P 3 9 1 ． 9 文献标志码 B 文章编号 1 6 7 1 ． 5 2 7 6 2 0 1 0 0 1 - 0 0 9 5 -02 M o de l i n g a n d S i mu l a t i n g Two - s t ag e Hy dr a u l i c Cy l i n de r Ba s e d o n ADAM S HUANG D o n g ，J I A Mi n ． p i n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，S o u t h e a s t U n iv e r s i t y ，N a n j i n g 2 1 1 1 8 9， Ch i n a Ab s t r a c t T h is p a p e r i n t r o d u c e s t h e s t r u c t u r e a n d wo r k in g p r i n c i p le o f t h e t wo - s t a g e h y d r a u l ic c y li n d e r ，u s e s AD A MS s o f t wa r e t o d e - c o mp o s e t he tw o- s t a g e h y dr au l ic c y l in de r t o t wo s i n g l e s t a g e h y dr au l ic c yli n d er s， e s t a b l ish e s it s d y n ami c simula t ion mo de l a nd t a k e s a c er t a i n t y p e o f c a r s f or e x amp l e t o s i mu la t e t h e h y dr au l ic l if t s y s t em． Key wor ds two s t a g e h y dr au l ic c y li n de r ；ADAMS so ft war e；mo de l in g；s imu lat i n g 0 A D A MS软件 简介 ADA MS a u t o ma t i c d y n a mi c a n a l y s i s o f me c h ani c a l s y s t e r n s ， 机械系统动力学 自动分析 软件是美国 M D I 公司 M e c h a n i c a l D y n a m i c s I n c ． 开发的虚拟样机分析软件 J 。 A D A MS 软件使用交互式图形环境和零件库 、 约束库、 力库， 创建完全参数化的机械系统几何模型， 其求解器采 用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法 ， 建立系 统动力学方程， 对虚拟机械系统进行静力学、 运动学和动 力学分析， 输出位移、 速度 、 加速度和反作用力曲线 J 。 应用 A D A MS ／ H y d r a u l i c s 模块， 可以建造机械系统与 液压回路之间相互作用的模型， 并在计算机中设置系统的 运行特性 ， 进行各种静态、 模态、 瞬态和动态分析 J 。 两级液压油缸结构简介 两级液压油缸由两级活塞缸套装而成 ， 又称伸缩缸。 常用于安装空间小而行程要求很长的场合。两级油缸中 活塞伸出的顺序是从大至小， 而空载缩回的顺序一般是从 小至大。当输入流量相同时， 外伸速度逐次增大； 当负载 恒定时， 液压缸的工作压力逐次增高 J 。 图 1 所示为某型号汽车起竖系统所用的两级液压油 缸的半剖视图。该油缸第一级为柱塞缸， 第二级为双作用 活塞缸 。起竖油缸 的进 油 口为 A 口， 起竖 时 ， 压力油 通过 起竖油缸 A口直接进入无杆腔， 在 内部油压的作用下 ， 直 径最大的第一级缸筒最先伸出。然后当第二级活塞杆开 始伸出后， 起竖油缸有杆腔的油液经活塞杆壁上的孔及中 心管道外侧到达 B口， 然后经回油管回油箱。在起竖油 缸起竖到终点时 ， 即起竖臂升至最高点时， 起竖臂上的传 感器发出信号， 使三位 四通电磁阀回位， 起竖过程停止。 当需要下降时， 液压油通过 B口进入液压油缸， 然后液压 油把活塞杆压回。活塞杆到位时， 活塞缸和柱塞缸一起缩 回， 直到一起下降到位。 图 1 某型号汽车的起竖油缸 2 基于A D A M S的两级液压油缸建模 AD A MS ／ H y d r a u l i c s中没有多级液压油缸的模型， 根 据起竖油缸工作原理， 可将其分解为两个相互连通的单级 液压缸的组合。如图2所示， 将两级伸缩末级双作用起竖 油缸分解成 1个柱塞缸和 1 个单杆活塞缸。图中虚线相 连的两个物体实际上是一个物体。 A D A MS ／ H y d r a u l i c s 中起竖系统的仿真模型如图 3所 示。上部的模型是起竖臂的模型， 两个单级液压油缸的无 杆腔通过集流器相互连接。进油回路和出油回路都连接 一 个单向节流阀， 连接到三位 四通换 向阀上， 三位四通换 向阀连接到油箱和油泵上。液压油泵工作， 然后液压油通 作者 简介 黄东 1 9 8 O 一 ， 男 ， 江苏大丰人 ， 东南大学机械工程学院硕士研究 生 ， 研究 方向为机械制造及 自动化。 Ma c h i n e B u i ld i n g Au t o m a ti o n ，F e b 2 0 1 0 ， 3 9 1 9 5～9 6 9 5 信息技术 黄东， 等 基于A D A M S的两级液压油缸建模与仿真 图 2 两级油缸分解 臼 图3 起竖系统的仿真模型 过三位四通换向阀给液压油缸无杆腔供油， 使液压油缸的 活塞缸和柱塞缸伸出。当起竖油缸把起竖臂举升到9 0 。 时， 传感器发出到位信号 ， 三位四通换向阀归位， 停止给液 压油缸供油， 这就完成了起竖过程。当要降落起竖臂的时 候， 三位四通换向阀反方向移动， 给液压油缸的有杆腔供 油， 使液压油缸的活塞缸和柱塞缸收回。当起竖臂降落到 零度时， 传感器发出到位信号， 三位四通换向阀归位， 停止 给液压油缸供油 ， 这就完成了降落过程。 3 起竖油缸的起竖过程仿真 以某型号汽车的起竖系统为例， 进行液压油缸的起竖 过程仿真。仿真时， 取时间为2 s ， 步数为 5 0 0 0 0 0 ， 仿真结 果如图4～图6所示。 图4为三位四通电磁阀的控制函数曲线， 图5为液压 油缸的受力曲线， 图6为液压油缸的速度曲线。 4 结论 利用 A D A MS 软什， 通过实体建模方法， 将两级液压 浦缸分解成两个单级液压油缸， 方便快捷地建立了两级液 j 萑油缸的液压动力学仿真模型。并以某型号汽车起竖油 9 6 1 ．0 0．5 量 0．0 0 Z 一 0．5 1 ．0 O ． O O ． 5 3 0 0 ． O 2 0 o ． 0 Z 1 0 0 ． 0 O ． 0 一 l o o ． 0 0 0 0 0 v- O 一0 0 0 1 ． 0 1 ． 5 2 ． 0 t／ s 图4 控制函数曲线 O ． 0 O ． 5 1 ． O 1 ．5 2 ． 0 s 图 5 液压油缸的受力曲线 。 图 6 液压油缸的速度 曲线 缸为例， 进行了建模和仿真。基于上述模型， 利用动力学 仿真软件 A D A MS ， 就可以研究液压系统及元件参数设置 及变化对系统动态特性的影响 J 。仿真结果表明， 基于 A D A M S的多级液压缸驱动机械系统动态特性的建模与仿 真， 可以有效地提高仿真建模和分析的效率 ， 为系统的优 化设计奠定基础。 参考文献 [ 1 李军， 邢俊文， 覃文洁， 等． A D A M S 实例教程[ M] ． 北京 北京 理工大学出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 李增刚． A D A M S 入门详解与实例[ M] ． 北京 国防工业出版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ]MS C ．S o f tw a r e C o r p o r a t i o nG e t t i n g s t a r t e d u s i n g A D A MS ／ H y d r a u l i c s [ B D ／ O L ] ． 2 0 0 6 ， 1 0 ， 0 5 ． [ 4]MS C ．S o ft w a r e C o rpo r a t i o n A D A MS ／ Hy d r a u l i c s c o m p o n e n t r e f - e r e n c e f B D ／ O L ] ． 2 0 0 6 ， 1 2 ． 0 5 ． [ 5]杨耀东 ， 陈玲 ， 等． 基于 A D AM S的多级液压 油缸建模与 仿真 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 6 1 1 2 1 6 - 2 1 7 ． [ 6 ] 高钦和， 郭晓松． 基于 A D A M S的多级液压缸系统仿真建模 [ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 3 1 9 3 -9 4 ． 收稿 日期 2 0 0 9 0 62 0 h t t p ／ ／ Z Z l t D ． c h i n a j o u rn a 1 ． n e t ． e n E - m a i l Z Z H D c h a i n a j o u m a 1 ． n e t c n 机械制造与 自 动化