基于ADAMS禾口AMESim联合仿真的压力机平衡缸优化设计.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2012)03—0026—04基于ADAMS禾口AMESim联合仿真的压力机平衡缸优化设计杜二虎。莫健华，吕言。黄海波，(华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北武汉430074)摘要：平衡缸是机械式压力机必不可少的一部分，平衡缸系统的设计涉及到机、电、液、气诸方面。本文应用基于ADAMS和AMESim联合仿真的仿真与设计方法，即利用ADAMS建立平衡缸系统的机械动力学模型，利用AMESim建立平衡缸系统的液压、气动模型以及控制系统。然后利用两个软件对伺服压力机传动系统及平衡缸系统

2、进行联合仿真，得出适当增加平衡缸液压系统软管直径和蓄能器容积可以明显减小电机负载。关键词：机械设计；平衡缸；联合仿真；ADAMS；AMESim；伺服压力机中图分类号：TG315．5文献标识码：A1前言确性，本文将利用ADAMS和AMESim从另外一个机械式伺服压力机拥有高精度、高柔性、低能耗角度联合仿真分析肘杆式压力机平衡缸系统的性能以及高效率等优点。即将取代传统压力机成为塑性并进行优化设计。加工的主流设备『l1。机械式压力机的各连杆、连杆与滑块之间铰接2问题描述与分析处存在着一定的间隙，由于滑块重量的作用，使间隙在压力

3、机试运行时，发现驱动电机在滑块上行偏向一侧。因此，当受到工作负荷时，负荷的方向与时，在距下死点近200mm处过载停机，经分析认为重力方向相反，间隙被推到相反一侧，滑块出现瞬间问题主要来自以下两个方面：停止。这种现象成为缓气现象[21，而且这个间隙的转(1)软管直径过小。滑块运动速度很高，平衡缸移也会给压力机带来工作误差。为了消除缓气现象，内液流速度过高而软管内径过小产生了很大的流动需要设置滑块平衡缸装置使间隙始终偏向一侧。传阻力，这样，滑块下行时阻力过大，上行时油液跟不统的压力机平衡缸的仿真模拟都是单独在各个软件上就会导

4、致电机过载停机。中仿真，然后互相导人数据，忽略了机械部分和液压(2)蓄能器容积过小。根据理想气体状态方程部分实时的相互影响【。然而实际情况下，滑块速度有：的微小变化都会对油缸平衡力的曲线产生影响；油PV=nRT(1)缸平衡力的微小变化也会对滑块的速度曲线产生影式中，P为气体压强，为气体体积，n为气体物响。所以传统的仿真方法不能反映整个机构间液压质的量，R为比例常数，T为温度。n、R为常数，所以部分和机械部分的实时相互作用，因此会产生一定当温度一定时便有PV为常数。的误差，不能很好地反映实际情况。本文利用联合仿由于滑块的行

5、程一定，也就是柱塞缸的行程一真的方法，用ADAMS和AMESim两个软件联合仿定，而且柱塞截面积S为定值，所以不同蓄能器容积的平衡缸液压系统的蓄能器容积变化量AV=S1为定值。在平衡缸液压系统的设计中设置一个平衡点，使之在该点处平衡掉滑块及上模具的重量，所以不同蓄能器容积的平衡缸液压系统在平衡点处的平衡力是定值，也就是系统压强是定值。设此时的系统压技术强为P，任意时刻的系统压强为P。，则有：P(—l△V)=p1V(2)(1一)p(3)对应平衡缸的平衡力为：F平衡=sp1=sp一△(4)式(4)中，P、S为定值，因此，当越

6、大时，p／V越小，即平衡力的曲线斜率越小。这样在平衡点以上时，越大平衡力越大，在距下死点60ram以下时，V越大平衡力越小。因此，蓄能器容积过小时，油缸平衡力随滑块行程的变化曲线的斜率会很大，导致在压力机工作行程以上的部分油缸平衡力过小，使电机负载增加。(b)下文重点从以上两个问题着手进行分析。图2伺服压力机平衡缸联合仿真示意图(a)ADAMS中的伺服压力机机械部分模型(b)AMESim中3模型的建立建立的平衡缸液压系统模型压力机传动部分及平衡油缸的结构如图1所示，滚珠丝杆将电机的旋转运动转化为螺母的直线滑块的下行不断增

7、加，所以要求在上模具接触工件运动，螺母再带动连杆运动实现由电机到滑块的运前，平衡力完全平衡掉滑块及上模具的重力(本文中动和力的传递，平衡油缸分布在滑块两侧，用来平衡为距下死点60mm)。滑块加上模具的重量为滑块及上模具的自重，并起缓冲作用。6000kg，柱塞缸柱塞直径按标准取为60mm。代入下式可求出油缸完全平衡滑块及模具重力时的压强。p=(5)一7r口传动式中：m_平衡缸负载、滑块及上模具总重力的一半，=3000x9．8=29400(N)(有两5"-油缸)；d一柱塞直径60mm。计算可得压强P=10．4MPa，即在滑块

8、距下死点60mm时油缸的压强达到10．4MPa。在AMESim软件中建立平衡缸液压系统的模型，并设置各项参数。如图2(b)所示，两个油缸的负载相同，所以本文只建立～个油缸的模型，然后在将图1传动系统示意图油缸反力添加到ADAMS中的传动机构时对平衡力3．1压力机传动系统部分建模乘以2。本文研究的压力机传动机构，要求滑