基于Simscape的2级双作用液压缸的建模仿真研究.pdf

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1、基于Simscape的2级双作用液压缸的建模仿真研究★口陈柏松口伍先俊口李兢武汉理工大学机电工程学院武汉430079摘要：2级双作用液压缸作为非标准液压元件，目前没有相关有效分析手段。采用功率键合图法和Simscape软件建立单级液压缸数学模型，表明两者符合程度较好，验证了Simscape软件的有效性，最后利用Simscape仿真软件建立了2t液压缸的模型并仿真，为多级液压缸的建模仿真提供了可借鉴的方法关键词：2级双作用液压缸建模仿真Simscape中图分类号：TH137．5文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)04—0006—03随着船舶、桥梁等重型

2、工业的发展，多级液压缸因，女口图2所示。其具有行程比较长、推力大等优点，已经成为现代液压表1液压缸元件模块表顶升装置中的关键元件并得到了广泛地应用⋯。由于名称功能模块图标是一种非标准液压元件，对多级液压缸作中的动念性能及建模仿真方法的研究比较少。黄先祥和高钦和机械一液压能模拟一忽略液容等因素的对多级液压缸进行_r建模研究，前者以多刚体系统动转换模块单作用液压缸力学理论为基础，采用定义设计变量、状态变量的方法．CR．缓冲模块模拟活塞与缸体之间的缓冲一LlJ建立了2级液压缸系统的仿真模型【。而后暂则通过软件协作的方法，利用Simulink软件建立2级液缸的液压系统仿真模型

3、，并且给出了比较合邢的仿真汁算结容积模块模液拟压液缸容产变生化的对影工响作囤果3。随着多级液压缸的级数越多，液压缸数学模型就会越复杂，且采用动态方程对多级液压缸建模比较难传感器模块测量位移和速度以确定方程中的积分常数项”I，[大1此多级液压缸建模依然是一个难点。本文将采用功率键合图法建立级节流口模块模拟流体节流口一液压缸的模型，并手动编写程序，将其与Simscape的仿真结果对比，表明Simscape软件的有效性。然后采用Simscape软件建立2级液压缸模型并仿真，为多级液压缸的建模提供参考。1Simscape单缸模型的建立Simscape软件是由美困Math~％r

4、ks公司推出的一款可帮助工程师进行多领域物理系统的建模和仿真软件，它是MATLAB的扩展模块，直观采用物理网络方法建模，其连接线代表元件之问装配和能量传递关系。Simscape包含的SymHydraulics、SimMechanicsTM和SimDrivelineTM为机械和液压建模提供了全面的构建能力。通过此软件对液压缸进行建模过程中，主要用到了以下元件模块，如表1所示。根据Simscape建立的单级液压缸的模型如图1所示。此外，我们可以建立单级液压缸的功率键合图模★教育部博士点新教师基金资助项目(编号：20070497023)收稿日期：2008年lOl圃2009／

5、4机械制造47卷第536期图中：M——液压缸活塞的质量，kg向)，G表示装置的固定端，R在液压能一机械能转换、——液压缸的无杆腔和有杆腔的容积，131模块中表示位移的输出端，同时在传感器模块表示位cc。：——油缸无杆腔和有杆腔的外泄漏系数，移的测量端，P为位移信号的输入或输出。结合图4和n3／fs·Pa)图5可知，采用节流口1和3分别表示2级液压缸的第1级c——油缸内泄漏系数，／13／(S·Pa)缸的。腔流体入口和c腔的流体出口。节流口2和4则——液压缸的弹性负载刚度，N／m分别模拟第2级缸的b腔的流体入口和d腔的流体出——流体容腔的综合体积弹性模量，Pa口。机械一液

6、压能转换模块5和6的参数Pistonarea分通过Simulink软件，在相同的参数条件下，设定液别对应为2级液压缸的AI和A2，通过Converterorienta—压缸的行程为1m，对采用Simseape和功率键合图建tion参数设定第1级缸和第2级缸的活塞运动方向。其立的相同液压缸的模型进行了仿真。其结果如图3所正向为C端到R端。而模块7和8的参数Pistonarea则示，曲线1即为采用Simscape模型仿真的曲线，曲线2分别表示A，和A。对于容积模块，9和10分别模拟口为采用功率键合图建立模型的曲线。通过比较其速度腔和b腔的流体压缩性能对液压缸工作的影响，其

7、对和位移曲线可知，两种方法的实际仿真效果基本相同。应的参数Pistonarea应该为A。和A；同理，容积模块因此，可以通过Simscape来建立2级双作用液压缸的11和12则分别模拟C腔和d腔的容积变化，@~eis．模型。tonarea则分别表示A和z。此外，缓冲模块13和14的参数Upperbound分别用来表示2级双作用液压缸22级液压缸Simscape建模的行程和L，其正向为c到，而其接触面刚度和2．12级液压缸工作基本原理接触面阻尼则分别为液压缸活塞的有效面与缸壁接对于2级双作用液压缸，可以根据其物理结构建立触碰撞时的接触面的刚度和阻尼系数。