基于AMESim的货物装卸机械手液压系统设计与仿真解读.docx

1、基于AMESim的货物装卸机械手液压系统设计与仿真解读年第期液压与气动基于的货物装卸机械手液压系统设计与仿真左帅，李艾民，（中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州）摘要：以货物装卸机械手的液压系统为研究对象，利用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；仿真分析中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）引言货物装卸机械手（如图所示）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，代替人安装

2、底座摆动关节摆动液压缸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。创】晒软件简介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、等软件的都由接口，可与这些软件进行联合仿真，利用软件建模、仿真大臂液压缸小臂液压缸小臂手腕液压缸收稿日期：手腕手爪手爪液压缸作者简介：左帅（一），男，江苏徐州人，硕士，研究方向机图货物装卸机械手示意图电液一体化。结论

3、采用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：付永领，祁晓野系统建模与仿真北京：北京航空航天大学出版社，饶忠列车制动北京：中国铁道出版社，刘凡，王俊勇，袁锦林。型空气分配阀及其电空制动机北京：中国铁道出版社，杨璨，倪文波，等基于的紧急阀的建模及仿真分析铁道机车车辆，（）：，魏伟，刁亮使用型空气制动机的快运货车制动系统仿真分析铁道机车车辆，（增刊）：陈大名铁道车辆制动北京：中国铁道出版社，万方数据液压与气动年第期方便，并适用于复杂

4、系统。液压系统工作原理如图所示，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，其中阀控制摆动液压缸，阀控制大臂液压缸，阀控制小臂液压缸，阀控制手腕液压缸；有一路是电磁换向阀，它用来控制手爪液压缸的动作。图中安全阀起到过载保护作用；液控单向阀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，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，溢流阀打开，液压油流回油箱；系统通过单向节流阀进行节流调速，建立与负载相适应的背压，使系统运行平稳可靠

5、；为粗过滤器，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比较值为恰好抓紧货物时的压力，当手爪液压缸进油腔压力达到压力继电器设定值时，压力继电器动作，使电磁铁失电，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。系统建模与仿真建立模型从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，系统模型如图所示。图系统模型（）机械手的手爪抓力模型：由信号输入的力模型：（）电磁换向阀模型：由输入信号经放大增益输入给

6、伺服阀，实现换向动作；（）压力继电器模型：液压缸进油口处，压力传感器的检测值经比较器与设定压力值比较，输出，输出，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。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，液压泵额定转速，排量，系统进、回油路的过滤器压降分别为、。，溢流阀设定压力为，常量的值为，节流阀最大开口流量为，压降，常量设定值为，放大增益为、，伺服阀的额定电流为，固有频率为，各油口间压降为，安全阀设定压力为，压力传感器的输出转换比为，液压缸的内径，活塞杆直径，质量块，初始位移，行程

7、（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），力输入模型单位为，信号、的值如图所示。、输入值万方数据年第期液压与气动进行仿真设置仿真时间为，仿真步长为，开始仿真。仿真结果分析（）放大增益分别为、时，活塞杆位移的比较。从图、中可以看出放大增益对活塞杆位移有较大影响，原因是放大系数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。旭）”条图活塞杆位移这里值取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的条件下进行的。（）反馈比较后的伺服阀输入信号这是放大增

8、益之前的输入信号，输入值为负，阀置左位；值为，阀置中位。比较图、图中的信号值，可以看出在时，液压缸进油口压力升高到，达到了比较器的设定值，从而比较器输出值为，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。，图反馈比较后的输入信号（）伺服阀、和口压力分析从图中可以看出，在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。（）液压缸进出油口处压力分析图中，、分别表示液压缸进出油口压力。在处进油口出现压力波动，伺服阀阀口的压力波动日鞭日聪，图阀口压力曲线图液压缸油口压力曲线传递到了液压缸进油口，这种现象

9、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，在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。结束语使用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。参考文献：何芹，原政军，等用于方形物件装卸液压机械手的设计机床与液压，（）：胡学武，盛小明基于电一气动控制的拉伸机自动送料机械手液压与气动，（）：许福玲，陈尧明液压与气压传动机械工业出版社。路甬祥液压气动技术手册北京：机械工业出版社。刘海丽，李华聪液压机械系统建模仿真软件及其应用机床与液压，（）：江玲玲基于的液压系统动态特性仿真与优化研究绵阳：西南科技大学，：余佑国，龚国芳，等仿真技术及其在液压系统中的应用液压气动与密封，（）：刘海丽，李华聪液压机械系统建模仿真软件及其应用】机床与液压，（）：暑楼掣万方数据