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1、第6期(总第163期)机械工程与自动化No.62010年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2010)06-0159-02基于SimulationX的液压挖掘机仿真研究何彦海(阳泉煤业(集团)有限责任公司,山西阳泉045209)摘要:在仿真软件SimulationX中建立了液压挖掘机动臂液压回路的仿真模型,根据实际测试设置模型的主要参数。对仿真模型进行了验证,给出了仿真曲线,并对仿真结果进行了分析和比较,验证了仿真的可行性。关键词:液压挖掘机;SimulationX;系统仿真中图分类号:TD422.2∶TP391.9文
2、献标识码:B0引言阀安装在换向阀之前,用于保护液压泵;二次溢流阀传统的液压挖掘机设计大量采用经验公式和静态安装在换向阀之后、动臂液压缸之前,用于保护液压设计,设计出的液压系统在遇到实际工作中的复杂工缸。以此为依据,在仿真软件SimulationX中建立相应况时无法有效应对,往往无法达到设计要求的工作能的液压回路模型。力。采用虚拟样机设计的方法能够设计出满足复杂工作要求的挖掘机,因此这种方法得到越来越高的重视。由于传统的微分方程和差分方程不能够很好地解决真实系统工作中遇到的复杂工作环境,因此,采用大规模专业化的仿真软件进行虚拟样机的仿真分析是近年来液压系统设计的方向。SimulationX是
3、ITI公司2002年推出的新一代先进工程系统模拟软件,它支持最新的多物理领域仿真语言Modelica以及交互式图形界面(GUI),同时,SimulationX还有直接支持3D模型等功能。在液压仿真方面,SimulationX有一套完整的流体元件库,不仅有液压学库,还有流体设计器(FluidDesigner)可以作为液压学库的补充工具,用于1-变量泵;2-主溢流阀;3-换向阀;4-二次溢流阀;创建和编辑用户定义的流体及液压元件。鉴于5-动臂左液压缸;6-动臂右液压缸SimulationX具有用户界面友好、建模方式先进等特图1动臂液压系统原理图点,本文采用该软件作为仿真平台。模型中外载荷由质量
4、模块mass以及外加力模块1挖掘机仿真模型的建立source施加。换向阀的动作由信号模块curve1控制,本文取挖掘机的动臂基本回路为研究对象,对其此处施加一均匀的变向信号。信号数学曲线在进行液压系统的仿真分析。选取常用的开式回路、阀SimulationX的信号编辑窗口中可以进行方便的编控系统,油缸的上升和下降通过换向阀换向实现。辑。先导控制信号曲线如图2所示。挖掘机液压系统通常采用多路阀进行控制,此处2挖掘机仿真模型的运行仅取出其中用于控制挖掘机动臂的两联建立系统模在建立完成的模型中输入系统元件的参数,并选型,其液压原理图见图1。图1中两个换向阀分别为多择需要仿真的量,开始仿真分析。路阀
5、中的两联,因动臂往往需要双液压缸驱动,实际2.1液压缸位移曲线分析使用中根据需要采用双联联合先导液压方式进行控液压缸位移曲线见图3,其中的x曲线为两个液制,通过先导控制实现动臂双液压缸的联动;主溢流压缸的位移曲线,y曲线为控制信号曲线。因两换向阀收稿日期:2010-06-01;修回日期:2010-08-27作者简介:何彦海(1968-),男,河北井陉人,工程师,本科。·160·机械工程与自动化2010年第6期采用同一信号控制,两个液压缸的位移曲线相同。由力超过设定值时,溢流阀开启,多余的油液从溢流阀图2可见,随着控制信号的变化,液压缸产生平滑的流走,系统压力在一个范围内降低。位移。液压缸首
6、先向正方向位移,液压杆伸出,然后3结论向负方向位移,在末段受载荷下落的影响产生少量负利用仿真工具SimulationX建立了液压挖掘机动位移。臂液压系统的简化模型,并进行了仿真分析,得出液压缸位移、压力、流量方面的仿真曲线,证明了该软件在虚拟样机分析应用方面的可行性。图4液压缸压力曲线图2先导控制信号曲线图5换向阀流量曲线图3液压缸位移曲线2.2液压缸压力曲线分析液压缸压力曲线见图4,其中pB为液压缸无杆腔压力曲线,pA为液压缸有杆腔压力曲线。由图4可见,在0.5s左右,信号发生变化处,液压缸压力开始上升,载荷被提升。有杆腔和无杆腔之间有一个压力差,压差值同载荷相平衡。2.3换向阀流量分析
7、换向阀流量曲线见图5,其中QA为换向阀出口A的流量曲线,y为控制信号曲线。由图5可见两者保持图6主溢流阀压力pv的变化曲线一定的对应关系。参考文献:2.4溢流阀压力曲线[1]天津工程机械研究所.单斗液压挖掘机[M].北京:中国主溢流阀压力曲线见图6。由图6可见,在系统压建筑工业出版社,1977.SimulationAnalysisofHydraulicExcavatorwithSimulationXHEYan-hai(Y
