1、程磊 LMS China工程机械机电液系统仿真技术工程机械机电液系统仿真技术Imagine.LabAMESimLMS国际公司国际公司 copyright LMS International-20111概概述述 copyright LMS International-2011机电液系统一体化技术与机电液系统一体化技术与LMS解决方案解决方案在机电液系统中，存在机械、电子控制、电气与液压在机电液系统中，存在机械、电子控制、电气与液压传动等多种学科和子系统的耦合传动等多种学科和子系统的耦合工程机械工程机械控制控制电气电气液压液压机械机械热热LMS为工程机械行业提供独一无二的机电液联合仿真为工程机械行
2、业提供独一无二的机电液联合仿真解决方案解决方案控制控制-流体传动流体传动-电传动：电传动：Imagine.Lab机构动力学模型与被控对象：机构动力学模型与被控对象：Virtual.LabMotion拓展的耐久性分析：拓展的耐久性分析：Virtual.LabDurability copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim多领域系统仿真多领域系统仿真什么是系统仿真？什么是系统仿真？基于集中参数和物理元件数学模型仿真模型由多个物理元件模型组合而成典型的设计目标典型的设计目标:系统的时间响应是什么样的?系统能够达到的最大油压是多少?电机调速与控制
3、？如何设计并优化控制参数?copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim多领域系统仿真平台多领域系统仿真平台图形化模块化多学科系统建模图形化模块化多学科系统建模基于集中参数和物理元件数学模型基于集中参数和物理元件数学模型仿真模型由多个物理元件模型组合而成仿真模型由多个物理元件模型组合而成每个物理元件模型用图标表示，且完全每个物理元件模型用图标表示，且完全参数化参数化流体、机械、热、电气与电磁、控制、流体、机械、热、电气与电磁、控制、驾驶、发动机等驾驶、发动机等40多个专业库多个专业库主要分析功能主要分析功能动态响应分析动态响应分析稳态分析稳态
4、分析模态分析模态分析频率响应分析、根轨迹分析频率响应分析、根轨迹分析DOE、优化分析、蒙特卡罗分析、优化分析、蒙特卡罗分析活性指数分析活性指数分析阶次分析阶次分析实时仿真与硬件在环实时仿真与硬件在环与其它软件的无缝集成与其它软件的无缝集成多体动力学多体动力学CFD控制系统控制系统 copyright LMS International-20112流体传动系统流体传动系统 copyright LMS International-2011匹配流体元件以开发最优的流体传动回路提高系统和产品的质量(噪声，鲁棒性和可靠性）根据机械结构调整作动系统降低能耗(变量泵，负载感应技术)开发和优化新型“智能”功能
5、(自调平,控制策略,)：自适应负载和机器运动变化流体传动系统设计面临的挑战流体传动系统设计面临的挑战流体系统设计面临的挑战流体系统设计面临的挑战 copyright LMS International-2011流体传动系统设计面临的挑战流体传动系统设计面临的挑战流体零配件设计面临的挑战流体零配件设计面临的挑战如何尽早确定流体系统中用到的各种流体元件样机的规格尺寸？如何提高产品的鲁棒性，规避偏差，控制泄漏？如何提供完善的子系统功能？如何减噪、减振、降低声振粗糙度？(NVH:Noise,Vibration and Harshness)如何降低能耗?（变量泵、负载感应技术）如何创新设计阀门阀门、泵和
6、作动器？油泵阀门 copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim液压与热液压相关专业应用库液压与热液压相关专业应用库基本液压库(HYD).包含基本的液压元件用于液压系统建模和仿真液阻库(HR).用于评价液压流体管网中的压力损失和流量分布液压元件设计库(HCD).包含基本液压几何构造单元，用于建立详细的液压元件模型，如燃油喷射器、控制阀等在AMESim中有多个液压相关的专业库用于液压元件或系统建模仿真：热库（TH）处理固体材料之间的热交换。它是基于瞬态热传递计算理论用于对固体材料之间传统的热传递模式建模热液压库(THYD).热液阻库(THR).
7、热液压元件设计库(THCD).考虑流体的温度变化、流体热交换、流体属性变化 copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim液压与热液压系统库液压与热液压系统库ThermalhydrauliclibraryHydrauliclibrary包含丰富的工程液压油和相应属性参数，并可包含丰富的工程液压油和相应属性参数，并可以考虑液压传动中的流体黏性、可压缩性、气以考虑液压传动中的流体黏性、可压缩性、气融、气穴、水锤、温度变化、多流体等所有因融、气穴、水锤、温度变化、多流体等所有因素的影响素的影响包含丰富的液压物理元件，包括泵、马达、阀、包含丰富的液压
8、物理元件，包括泵、马达、阀、管道、弹性软管、蓄能器、作动器等，可以考管道、弹性软管、蓄能器、作动器等，可以考虑复杂的液压问题，如复杂液阻带来的局部压虑复杂的液压问题，如复杂液阻带来的局部压力损失、弹性软管的影响、内摩擦的影响等力损失、弹性软管的影响、内摩擦的影响等计算液压系统的稳态和动态特性，包括压力、计算液压系统的稳态和动态特性，包括压力、流量和温度变化等流量和温度变化等建模和分析工程机械液压系统设计方案、液压建模和分析工程机械液压系统设计方案、液压元件选型，并确定系统参数元件选型，并确定系统参数发现并解决工程机械液压系统中的常见疑难问发现并解决工程机械液压系统中的常见疑难问题，如压力峰值、
9、压力脉动等题，如压力峰值、压力脉动等功能：功能：作用：作用：copyright LMS International-2011AMESim中的液压相关专业库（非热）中的液压相关专业库（非热）HYD copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim液压元件设计库液压元件设计库Servo-valve基于液压零部件几何结构的模块化基于液压零部件几何结构的模块化建模方式建模方式构建泵、阀、作动器等各类部件详构建泵、阀、作动器等各类部件详细模型细模型详细建立元件模型，同时考虑详细建立元件模型，同时考虑运动体动态性能运动体动态性能流体可压缩性流体可压缩性限位
10、和饱和限位和饱和摩擦和泄漏摩擦和泄漏液动力液动力可变流量系数（雷诺数和流数）可变流量系数（雷诺数和流数）可变容积可变容积可变通流面积可变通流面积液压力液压力可模拟各类液压零部件，如泵、单向可模拟各类液压零部件，如泵、单向阀、调压阀、作动器阀、调压阀、作动器详细建立并验证零部件设计方案详细建立并验证零部件设计方案特点：特点：用途：用途：copyright LMS International-2011AMESim中的液压相关专业库（非热）中的液压相关专业库（非热）HCD copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim液阻库液阻库/热液阻库热液阻库
11、对任何流体管网系统进行建模、分析和设计。对任何流体管网系统进行建模、分析和设计。建立简单管网流动，分支管网，树状管网以及回路及相互建立简单管网流动，分支管网，树状管网以及回路及相互连接的模型。连接的模型。对重力和离心效应进行建模。对重力和离心效应进行建模。可以接受用户的专用数值来覆盖内嵌的数值。可以接受用户的专用数值来覆盖内嵌的数值。处理不可压缩流动和可压缩流动。处理不可压缩流动和可压缩流动。可进行稳态和动态分析。可进行稳态和动态分析。对管网系统的规模没有限制。对管网系统的规模没有限制。管接头管接头 copyright LMS International-2011AMESim中的液压相关专业库
12、（非热）中的液压相关专业库（非热）HR copyright LMS International-2011Imagine.Lab AMESim可以建立多层次多级复杂程度的流体系统模型，可以将元件的详细模型与流体系统回路的整体模型结合在一起进行综合分析。Imagine.LabAMESim建模：多层次多级复杂程度建模：多层次多级复杂程度 copyright LMS International-2011液压元件液压元件下图所示为在下图所示为在Imagine.LabAMESim液压系统模型中的不同类型的液压元件液压系统模型中的不同类型的液压元件液压容腔节流孔油泵液压管道液压阀作动器 copyright
13、LMS International-2011流体属性流体属性变属性(弹性模量，粘度和密度)空气/气体含量 气穴现象 热特性 多流体处理能力 copyright LMS International-2011液压库液压库:液压管道液压管道硬管硬管&软管软管n 可压缩性,杨氏模量n 摩擦,粗糙度n 水击效应n 软管柔度，弹塑性特性 copyright LMS International-2011管道模型管道模型 copyright LMS International-2011Imagine.LabAMESim液压阀模型液压阀模型 通用的滑阀2位4通2位3通3 位 6 通 3位4通3位3通 常用阀压力
14、阀单向阀安全阀 减压阀可控安全阀 copyright LMS International-2011其它液压元件其它液压元件油泵：在AMESim液压库中包含多种类型的油泵(容积泵、离心泵等)油泵是转换元件：将机械能转换为液压能作动器：液压作动器也是转换元件，将液压能转换为机械能(反之亦然)copyright LMS International-201123AMESim流体传动建模实例：负载感应系统流体传动建模实例：负载感应系统节能：一个负载感应式变量泵只产生作动器所需要的流量精确控制：由于通过调速阀的压差保持恒定，系统流量只和调速阀的开度有关恒流控制：负载感应式泵能够在泵轴转速发生变化的时候为负
15、载提供恒定的流量。当泵转速减小的时候，只要排量未达到最大值，负载感应控制器就会增加泵的排量以维持通过换向阀的恒定的压差。优越性优越性 copyright LMS International-2011应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析应用案例：轮式装载机的负载感应系统建模与仿真分析结果曲线AMESim仿真模型轮式装载机系统建模系统建模仿真分析仿真分析设计验证设计验证 copyright LMS International-201125典型负载感应系统组成结构典型负载感应系统组成结构16235454以轮式装载机负载感应系统为例，其组成主要包括：动力源：一个负载感应式变量泵（1）；内燃
16、机转速输出，这里采用马达（绿色元件）表示执行机构：两个举升液压缸（2）及一个翻转液压缸（3），为简化模型，将两个举升液压缸合并为一个，其容积为单个液压缸的两倍。控制机构：两个带LS的三位五通换向阀（4），两个压力补偿阀（5），梭阀（6），变量泵压力截止阀及负载感应控制器（和泵装配在一起）辅助元件：硬管、油箱 copyright LMS International-2011第一步：负载感应式变量柱塞泵模型第一步：负载感应式变量柱塞泵模型26 copyright LMS International-2007带压力截止阀和负载感应控制器的油泵模型负载感应控制器变量机构主动压力截止 copyright LMS International-201127第一步：负载感应式变量柱塞泵模型第一步：负载感应式变量柱塞泵模型 copyright LMS International-201128第二步：流量控制阀模型与验证第二步：流量控制阀模型与验证 copyright LMS International-201129第三步：单作动器负载感应系统模型与验证第三步：单作动器负载感应系统模型与验证 copyri
