基于AMESim的液压冲击器建模与仿真研究

摘要

作为液压破碎锤、液压凿岩机、凿岩台车等现代工程机械主要工作机构和核心装置的液压冲击器,在道路建设、矿山开采、建筑工程等国民经济建设和国防建设领域发挥了不可替代的重要作用,对其进行理论和试验研究具有重要的现实意义。多领域系统仿真集成平台LMS Imagine.LabAMESim采用基于物理模型的图形化建模方式,可对机械、电气、流体、电磁以及控制等多学科领域进行建模与仿真。本文对液压冲击器的发展概况、研究方法等进行了论述,基于AMESim软件建立液压冲击器部件级和系统级仿真模型,进行了一系列仿真分析,并在理论分析的基础上进行了试验研究。本文主要研究内容与工作如下:
　　(1)系统论述了液压冲击器的发展概况、发展趋势以及理论研究方法,对液压系统建模与仿真基础理论进行了总结。详细分析了液压冲击器的工作原理,运用CATIA软件建立了冲击器的CAD模型,并建立了冲击器的非线性数学模型。
　　(2)基于AMESim软件建立了气液联合式冲击器氮气室、缸体、液动换向阀等关键部件的仿真模型;以挖掘机液压系统为物理原型,建立了恒功率变量泵、溢流阀的仿真模型,并对其进行了功能验证;根据液压冲击器系统的工作原理,建立了液压冲击器系统整机仿真模型,对冲击器活塞、阀芯运动规律以及前后腔压力、系统供油流量等进行仿真研究。运用NLPQL算法对冲击器结构参数进行了优化,优化后冲击器性能明显改善。对气液联合式冲击器进行了相关试验,通过仿真与试验数据的对比分析,验证了冲击器系统仿真模型基本准确,冲击能仿真与试验误差在20％以内。
　　(3)设计完成了基于螺纹插装阀的新型液压冲击器,制造了物理样机并进行了相关试验。在对其工作原理分析的基础上,建立了新型冲击器的数学模型。在AMESim仿真环境下建立螺纹插装式液控单向阀的仿真模型,以恒压源为供油系统,对新型冲击器系统进行了系统仿真分析。仿真与试验结果表明,基于螺纹插装阀的新型液压冲击器的设计方案是完全可行的。
　　(4)对无阀自配流型液压冲击器进行了理论分析,建立了仿真模型,对其工作特性进行了仿真分析。仿真结果表明,无阀自配流型冲击器冲击频率较高、性能平稳等优点,具有一定的应用价值。
　　(5)对冲击能的测试方法进行了理论研究,改进了F-S测试法的计算方法,提出了示波冲击测试法。针对示波法,设计并制造了打击力测试装置,并运用VC++编制了打击力采集程序,实现了打击力数据的采集。

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第一章 绪 论

1.1 液压冲击器概况

1.2 液压冲击器的理论研究方法

1.3 液压冲击器的仿真与试验技术的研究

1.4 液压冲击器的性能参数与分类

1.5 本课题的来源、研究重点与研究意义

第二章 液压系统建模仿真与AMESim软件

2.1 液压系统建模与仿真

2.2 基本液压元件建模

2.3 AMESim仿真软件

2.4 本章小结

第三章 气液联合式液压冲击器的建模仿真与参数优化

3.1 气液联合式液压冲击器的工作原理与数学模型

3.2 冲击器部件建模与系统集成

3.3 系统模型的仿真与分析

3.4 仿真模型活性指数分析

3.5 液压冲击器参数优化

3.6 本章小结

第四章 新型液压冲击器的建模与仿真

4.1 基于螺纹插装阀的新型液压冲击器

4.2 无阀自配流型液压冲击器

4.3 本章小结

第五章 液压冲击器试验研究

5.1 试验系统的设计

5.2 液压冲击器性能测试

5.3 冲击能的测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢