基于AMESim的货物装卸机械手液压系统设计与仿真解读.docx
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基于AMESim的货物装卸机械手液压系统设计与仿真解读
201
1年第6期液压与气动
65
基于AMESim的货物装卸机械手液压系统
设计与仿真
左帅,李艾民
Designandsimulationofcargo—handlingmanipulator'shydraulicsystem
based
on
AMESim
ZUOShuai,LIAi-rain
(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116)
摘要:
以货物装卸机械手的液压系统为研究对象,利用AMESim软件建立机械手液压系统模型,设置模型参数,主要针对手爪抓取货物时,对其液压系统进行仿真。
仿真结果表明:
系统响应速度较快,稳定性较好,为货物装卸机械手液压系统优化设计提供了新方法。
关键词:
机械手;液压系统;AMESim;仿真分析
中图分类号:
TP271+.3;TP319文献标识码:
B文章编号:
1000-4858(2011)06-0065-03
1引言
货物装卸机械手(如图l所示)用于车船和仓库货物的装卸,该机械手可以代替人从事单调重复或繁重的体力劳动,实现生产的机械化和自动化,代替人
1.安装底座2.摆动关节3.摆动液压缸4.大臂在有害环境下的手工操作。
采用液压驱动的方式来实现机械手动作,操作方便,安全可靠。
本文利用AMESim软件对货物装卸机械手的液压系统进行仿真分析,有利于该液压系统的维护和改进。
2创Ⅵ】晒im软件简介
AMESim是国外某公司开发的液压/机械系统建模仿真及动力学分析软件。
该软件模型库丰富,多达
14类,涵盖了机械、液压、控制、液压管路、液压元件设计、液压阻力、气动、热流体、冷却、动力传动等领域。
它与Manab、Simulink、Adams等软件的都由接口,可与这些软件进行联合仿真,利用AMESim软件建模、仿真
5.大臂液压缸6.小臂液压缸7.小臂8.手腕液压缸
收稿日期:
2011-03-09
9.手腕lo.手爪11.手爪液压缸
作者简介:
左帅(1986一),男,江苏徐州人,硕士,研究方向机
图l货物装卸机械手示意图
电液一体化。
5结论
采用AMESim软件建立了配咫型分配阀的客车单车制动系统模型,通过与试验结果的对比,验证了仿真模型的正确性。
据此可进行各结构参数对单车制动以及列车编组制动性能的影响,为进一步进行制动系统故障模拟和诊断分析奠定了基础。
参考文献:
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北
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万方数据
液压与气动
2011年第6期
方便,并适用于复杂系统。
3液压系统工作原理
如图2所示,本系统采用串并联连接的五路换向阀来控制各个液压缸的动作,五路换向阀中只能有1个滑阀工作,滑阀之间互锁,使各执行元件只能单动或顺序动作。
图2机械手液压系统图
五路换向阀中有四路手动换向阀,其中阀1控制摆动液压缸6,阀2控制大臂液压缸7,阀3控制小臂液压缸8,阀4控制手腕液压缸9;有一路是电磁换向阀5,它用来控制手爪液压缸10的动作。
图2中安全阀1l起到过载保护作用;液控单向阀12在液压缸的两侧油路,起到保压锁紧作用;泵出口处的单向阀13,预防液压油流回液压泵,从而保护液压泵;当泵出口处压力超过额定压力时,溢流阀14打开,液压油流回油箱;系统通过单向节流阀15进行节流调速,建立与负载相适应的背压,使系统运行平稳可靠;16为粗过滤器,17为精过滤器。
在货物装卸过程中,如何才能让手爪恰好抓紧货物又不损坏货物,这里设定压力继电器18比较值为恰好抓紧货物时的压力,当手爪液压缸10进油腔压力达到压力继电器设定值时,压力继电器18动作,使电磁铁2Y失电,换向阀置中位,液压缸被液控单向阀锁紧保压,保证货物恰好抓紧。
如果现场出现压力继电器失灵的情况,手爪液压缸进出油口的安全阀会起到和压力继电器相同作用,不过控制精度较压力继电器差。
4系统建模与仿真4.1建立模型
从AMESim各库中拉出所需要的元件模型,然后接线,各元件模型选择与系统相适应的特性,系统模型如图3所示。
图3系统模型
(1)机械手的手爪抓力模型:
由信号输入的力模
型force:
(2)电磁换向阀模型:
由输入信号经放大增益K输入给伺服阀,实现换向动作;
(3)压力继电器模型:
液压缸进油口处,压力传感器10的检测值pl经比较器5与设定压力值po比较,pl>po输出l,pl<po输出0,输出值反馈回输入端,
与原信号相加后输出给伺服阀,使其做出相应动作。
4.2参数设置
这里仅研究手爪液压缸工作时的情况,由于五路换向阀只能单动,所以这里只需设置手爪液压缸动作回路的模型参数。
设定参数:
电动机转速1000r/min,液压泵额定转
速1000r/min,排量O.011L/r,系统进、回油路的过滤
器压降分别为O.01
MPa、O。
02
MPa,溢流阀1设定压
力为3MPa,常量2的值为1,节流阀最大开口流量为
11
L/rain,压降0.1MPa,常量4设定值为2.4,放大增
益7为10、100,伺服阀8的额定电流为40mA,固有频
率为80Hz,各油口间压降为0.1MPa,安全阀9设定压力为2.65MPa,压力传感器10的输出转换比为1/MPa,液压缸11的内径80mill,活塞杆直径45ITlnl,质量块200kg,初始位移0.8m,行程O.8m(活塞杆运动
到最左端时,此时进油口压力大于负载力,用这种情况模拟手爪抓紧到位),力输入模型12单位为N,信号6、13的值如图4所示。
O-2
_4
.6.8.10.12
6、13输入值
万方数据
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液压与气动
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4.3
进行仿真
设置仿真时间为35s,仿真步长为0.01S,开始
仿真。
4.4仿真结果分析
(1)放大增益K分别为10、100时,活塞杆位移的
比较。
从图5a、5b中可以看出放大增益K对活塞杆位移有较大影响,原因是放大系数K值小会造成系统响应较慢,导致伺服阀的动作反应较慢,会导致手爪抓不紧货物。
所以K值应尽量大些,从而提高响应速度,但是也不能太大,太大会造成系统震荡不稳定。
t旭tfs
a)K=10
”条100
图5活塞杆位移
这里K值取100时系统响应速度和稳定性都很好,所以以下的仿真分析都是在K=100的条件下进
行的。
(2)反馈比较后的伺服阀输入信号
这是放大增益K之前的输入信号,输入值为负,阀置左位;值为0,阀置中位。
比较图4、图6中的信号值,可以看出在t=20s时,液压缸进油口压力升高到
2.4
MPa,达到了比较器的设定值,从而比较器输出值
为1,与原信号相加输出给伺服阀,所以在此刻阀置中位。
这表明系统响应快,精度高。
f,s
图6反馈比较后的输入信号
(3)伺服阀P、T、A和B口压力分析
从图7中可以看出,在t=58处伺服阀存在轻微的压力波动,这种现象可能是由伺服阀自身动作,滑阀开闭时引起的。
在泵与阀之间加蓄能器作缓冲,可减小压力波动。
(4)液压缸进出油口处压力分析
图8中,2、1分别表示液压缸进出油口压力。
在t
=5
S处进油口出现压力波动,伺服阀阀口的压力波动
3.O2.5日2.0
鞭
O.O-o.5
3.O2.5
日2.0
聪
O.O-o.5
f,s
图7阀口压力曲线
图8液压缸油口压力曲线
传递到了液压缸进油口,这种现象可以通过设定液压缸出油口处的液控单向阀的开启压力来解决,但会影
响系统的响应速度。
观察曲线2,在t=20S后液压缸进油口压力仍有一段上升的过程,最后趋于稳定,这是
由于液压缸油腔存在死区,在伺服阀置中位时,液控单向阀锁紧、外负载力仍在作用,导致油液被压缩,从而压力上升,活塞受力平衡后,油腔压力便趋于稳定。
5结束语
使用AMESim软件对货物装卸机械手液压系统进
行了建模、仿真,然后对仿真结果进行分析,发现系统响应速度和稳定性较好,符合工况要求。
此次仿真结果为货物装卸机械手液压系统的优化设计提供了参考。
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