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1、烟台大学毕业论文（设计）分享快乐高空升降台液压系统部分的设计及仿真Amesim的应用User2011-2-13目 录目 录1第1章 绪 论31.1 课题背景31.2设计内容31.3 AMESim31.3.1 AMESim简介31.3.2 AMESim操作简要：4第2章 液压系统的设计计算及选型92.1液压系统的计算112.1.1四个支腿液压缸的计算112.1.2梯架支承缸122.1.3 工作压力的复算132.2液压缸的选择122.3拟定液压系统原理图132.4液压系统动作顺序142.5选择液压元、辅件152.5.1执行器工作压力列表152.5.2单个液压执行器实际所需流量152.5.3液压泵的
2、选择162.5.4液压阀的选择162.5.5液压油182.5.6油管182.5.7油箱容积182.5.8过滤器18第3章 液压系统的仿真193.1支腿回路的仿真及结果。193.1.1支腿回路图193.1.2各元件设置193.1.3运行结果及其分析273.1.4其他工况分析383.2梯架回路473.2.1梯架回路图473.2.2回路各元件设置483.2.3运行结果52总结79致谢80参考文献81第1章 绪 论1.1 课题背景现有的升降台系统，应用最多的就是以汽车作为载体的升降台，在汽车上安装梯架，梯架可以绕着固定的轴在液压缸的作用下抬升，现有的升降台是以汽车马达作为动力，定量泵提供液压油，其梯架
3、和汽车支腿的运动是匀速的运动，到达一定高度后停止运动，下降的期间也是匀速运动，虽然运动的速度平稳，但是在液压系统的速度是恒定的，不能实现加速和减速，因而灵活性降低，效率也会受到影响，同时，在启动和换向的时候会带来刚性冲击，对液压元件的寿命也会产生影响，并且安全系数降低，鉴于此，我们在现有的液压系统中，增加一个调节速度的元件调速阀，这样就可以实现梯架在升起和降落时的速度调节，在梯架运动过程中实现速度的变化，同时在换向和启动时的刚性冲击也就变为柔性冲击，对整个液压系统的灵活性、效率和使用寿命都将是一次巨大的改进。1.2设计内容本课题为高空升降台液压系统部分的设计及仿真。液压系统为各个机构提供动力。
4、它分为动力装置、控制调节装置、执行元件、辅助装置、工作介质五部分。液压系统具有传送能量大、布局容易、结构紧凑、换向方便、转动平稳均匀、容易完成复杂动作等优点，因而广泛应用于工程机械领域。经过老师的指导及成员间的讨论，本次设计的创新之处在于在梯架的进口管路中，加入调速阀，从而梯架液压缸在运动过程中实现速度的调节，视情况而加速或者减速，同时减小刚性冲击，以实现运动的更加平稳。确定在车架下部设四个支承液压缸以保证平稳运行；在梯架上安装两个液压缸以实现梯架的上升。另外，为了防止梯架在空中静止时因自重而缓慢降落，于是要设定平衡回路。1.3 AMESim1.3.1 AMESim简介AMESim 为多学科领
5、域复杂系统建模仿真解决方案（英文缩写：Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems），引领着世界协同仿真之路。AMESim提供了一个系统工程设计的完整平台，使得用户可以在一个平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，并在此基础上进行仿真计算和深入的分析。用户可以在AMESim平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。例如在燃油喷射、制动系统、动力传动、机电系统和冷却系统中的应用。面向工程应用的定位使得AMESim成为在汽车、液压和航天航空工业研发部门的理想选择。工程设计师完全可以应用集成的一整套AMESim应
6、用库来设计一个系统， 所有的这些来自不同物理领域的模型都是经过严格的测试和实验验证的。AMESim使得工程师迅速达到建模仿真的最终目标：分析和优化工程师的设计，从而帮助用户降低开发的成本和缩短开发的周期。工程师在一个基于工程应用的AMESim友好环境下可研究任何元件或者系统的稳态和动态性能。AMESim的图形化用户界面使得用户可以在完整的应用模型库中选择需要的模块来构建复杂系统的模型。建模仿真过程分为四个步骤：构建方案的模型；选择模型复杂程度；设定模型的参数；仿真计算分析。简便易用的操作使得用户可以迅速有效地进行产品的设计开发。AMESim专门为液压系统建立了一个标准仿真模型库，如图1所示（部
7、分元件）： 图1标准液压元件库 鉴于液压系统的元件多式多样，标准库无法满足所有的建模要求，AMESim提供了一个基本元件库设计HCD(Hydraulic Component Design)，利用HCD，用户可以建立标准库中没有的液压模型，当然也可以建立标准库中提供有的模型。如图2所示（部分元件）： 图2 HCD元件库1.3.2 AMESim操作简要：一：左边栏进入界面后单击 “File”可新建或打开一个AMESim的文件。如下图打开一个文件后界面如图1：在左边栏上部有四个带有颜色的标签，当前第一个标签处于按下的状态，表示软件处于建模状态，这时可以编辑回路。2：第二个标签是在建好模以后，系统会在
8、自己的模型库内选择以便与已建好的模型相匹配。注意必须在已经确定第一步已经完成的情下点按第二个标签，如果第一步的模型没有建好，比如还有原件没有连接正确，模型有开路等情况下都按不下第二个标签，系统会提示有错误。如果是新建的模型或对打开的原文件有改动，按下第二个标签后，模型内还没有匹配的元件会反色显示出来，这时一般按下第五个标签即可，系统会自动匹配最近的模型3：第二部完成后再点第三个标签，此时双击模型中的任一原件，会弹出一个对话框，在对话框中可以对各元件的参数进行编辑修改4：第三部完成后就可以点第四个标签了。此时左边栏的最下面三个标签也带有颜色了，表示可以点击运行了。如下图（向左旋转90度）从下边(
9、右边）数第三个标签点开后可以设置整个模型运行的时间以及采样间隔，如下图设置好点OK即可，此时点击下边数第二个就可以运行了。如果在运行过程中要中止运行，点下边第一个按钮即可停止运行。运行时会弹出一个框，如图如果模型没有错误运行完毕后关闭即可。若有错误，在刚才的框中Warnings栏中会显示错误原因，从而改正错误。二：右边栏右边栏只有在建模时才会显示，它包括了各种各样的模型，分别放在不同的分类中，我们要用到的主要是液压标准件库Hydraulic以及信号库Signal。如图：三：仿真结果运行完毕后点击任一个元件，会弹出对话框，如图选中框里面的一个选项如上图所显示的是端口一的位移，然后点Plot即可得
10、到端口一的位移曲线，如图这就是质量块的位移曲线。同样也可以把多个参数的曲线在同一个图中表示出来。第2章 液压系统的设计计算及选型2.1液压系统的计算2.1.1四个支腿液压缸的计算设车体总重为10t，则G=100KN 根据载荷选择工作压力为P=6 MPa，确定往返速比=1.33于是d=0.5D假定液压缸机械效率为=0.95为防止工进结束时前冲，液压缸需保持一定回油背压，暂定背压P=0.5 MPa于是液压缸无杆腔的有效面积 =45.8内径D=0.08m=80mm按GB/T 2348-1993 选用标准值D=80mm活塞杆直径d=0.65D=52mm（标准值）故液压缸实际面积=50.5 =（-）=（
11、-）=29 假定液压缸工作时速度为=15 mm/s 即0.015m/s则流量=50.50.015=4.55L/min收回时=1.33=0.01995m/s=290.0151.33=3.47L/min2.1.2梯架支承缸梯架总重（有负载）估为2t。(无负载时为500Kg)在开始时需要的力最大，设为F液压缸与水平面夹角约为则 2F0.5sin=50004cosF=57587N如图所示，L1=0.5m*sin*2=0.1736m L3= L2= 为仿真方便，特取液压缸伸长到10cm来计算。工作压力定为5MPa，往返速比=1.33，则d=0.65D，假定液压缸机械效率为 =0.95， 背压P=1 MP
12、a=168.39D=0.1465m=146.5mm按GB/T 2348-1993 选用标准值D=150mm活塞杆直径d=0.65D=97.5mm，选用标准值d=100mm。于是液压缸实际面积=176.6=（-）=（）=98.13假定25s内匀速升到最大高度，则运动的平均速度=， 即0.004m/s，最大速度为0.008m/s.于是=176.60.008=8.48L/min收回时=1.33=0.011m/s=98.130.011/s=6.23L/min2.1.3 工作压力的复算复算执行原件的工作压力无杆腔进油阶段P1=2.2液压缸的选择液压缸缸内径Dmm活塞杆直径dmm型号数量底部支腿液压缸80
13、52HSGL-AE-EC4梯架液压缸150100HSGL-BE-EC22.3拟定液压系统原理图注：A为四个支腿液压缸。B为两个梯架的变幅液压缸&1是支腿的自锁机构，由两个液控单向阀组成，防止车体升起后下落。&2采用了单向阀与减压阀并联，可以防止升降台因自重而产生降落，可以起到自锁作用及防止换向时因工作部件下行速度超过液压泵供油所能达到的速度而使工作腔中出现真空。&3是两个节流阀，其作用是防止升降台运动时在两个液压缸内产生液压油的来回流动，可以提高液压缸运动的平稳性。&4是调速阀，可以根据对其输入信号的幅度来调节调速阀的开口来控制流量，本处使用调速阀的作用是为了使液压系统能够实现速度控制，以及启动和换向的时候减小刚性冲击，通过节流阀的液压油逐渐由最小流量扩大到最大流量，以减小速度突变带来的冲击。2.4液压系统动作顺序本处约定给三位四通阀的信号为“-”时左位工作；信号为“+”时右位工作，0为恢复起始状态工况动作abCdefghi支腿伸出-+0000支腿起升+0000保持动作0000+0000梯架起升0000+梯架保持0000+00梯架降落0000+-0支腿收回-+0000结束000000000注：i处信号控制的阀的开闭及开口大小由信号强弱控制，当信号强度大于15时阀关闭；当信号强度小于15大于0时，阀开，开口通径与信号强度成反比，信号为0时开口最大。信号小于0时开口保持最大状态2
