1引言
传统的设计方法往往是通过反复的样品试制(物理成型)和试验来分析该系统是否达到设计要求,结果造成大量的人力和物力投入在样品的试制和试验上。随着计算机仿真技术的发展,在工程系统的设计开发中,大量地采用了数值成型的方法,即通过建立系统的数值模型,利用计算机仿真使得大量的产品设计缺陷在物理成型之前就得到处理,从而可以使企业在最短的时间、以最低的成本将新产品设计缺陷在物理成型之前就得到处理,从而可以使企业在最短的时间、以最低的成本将新产品投放到市场。正是由于计算机仿真技术的这种优越性,在国外计算机仿真技术已经充分地被各大公司应用到产品的设计、开发和改进中。
由法国伊梦境有限责任公司(IMAGINE)开发的AMESim 系列软件目前主要应用在航空航天、汽车和工程机械三大行业,该软件具有如下特点:
(1)图形化的物理建模方式使得用户不需要面对繁琐的数学建模型,仿真模型的扩充或改变都是通过图形用户界面来进行。
(2)智能求解器能够自动地选择、切换积分算法和调整积分步长,内嵌式数学不连续性处理工具可解决数值仿真的间断点问题。
(3)仿真范围广实现了多学科领域(机械、液压、气动、热、电和磁等)的建模和仿真,且不同领域的模块之间可直接进行物理连接。
(4)基本元素的理念确保用户用尽可能少的单元构建尽可能多的系统,其优越性在于工程师只需要掌握较少的系统建模“字母”就可以建模。
(5)为用户提供了一个标准化、规范化和图形化的二次开发平台。
(6)具有数学方程级、方块图级、基本元素级和元件级四个层次的建模方式。
(7)具有多种线性化分析工具、模态分析工具、频谱分析工具以及模型简化工具。
(8)具有动态仿真、稳态仿真、间断仿真、连续仿真和批处理仿真多种仿真运行模式。
(9)具有丰富的和其他软件连接的接口。
2 实例分析
因工作需要,要求一油缺保持稳定的工作压力,具体参数如下:油缸设定压力10bar,压力允许误差为15%,蓄能器体积6.3L,充气压力2bar,其它参数如电机转速、泵排量、缸径、泄露量等皆为已知,图一为该系统的仿真模型,其保压原理是通过检测液压缸内的工作压力并与设定的压力进行比较从而决定是否启动电机带动泵运行。当对仿真模型中的每个图形模块设置我们所期望的参数值后,运行该仿真模型便可得出多种仿真结果。
(1)压力对比
为了比较采用保压控制和不保压控制这两个方案,图二、图三仿真的结果告诉我们,由于没有采用保压控制,在泄漏的影响下,系统的压力一直在下降,经过一段时间后,缸内的压力就达不到压力要求了,而采用了保压系统的方案,缸内的压力可以一直维持在要求的压力上。
(2)仿真结果
通过仿真计算,还可以直接做出采用保压控制方案后缸内压力随时间的变化,如图四所示:
从图四可以知道:缸内压力建立需要的时间是25秒,进一步放大图中直线部分,如图五所示:我们可以清楚地看到缸内压力的波动情况,压力波动的振幅为0.008bar。此外我们也可以将电机启动停止情况和压力波动情况绘在一张图上,如图六所示:电机在100秒的仿真时间内起停了三次。
(3)参数优化
如果需要考察气囊式蓄能器预充气压力对压力波动、压力建立时间及其保压时间等参数的影响,可以利用AMESim的Batch仿真运行模式,分别将预充气压力设定为2bar、5bar和8bar,从图七中可以明显看出:充气压力小时,压力波动值较小,但是压力建立时间长,保压时间短;充气压力高时,压力虽可迅速建立,保压时间也较长,但是压力波动也较大。因此在产品设计阶段我们可以根据要求在压力波动、压力建立时间及其保压时间之间折衷以确定最佳的预充气压力。
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