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标题 基于AMESim的隔膜泵冲洗系统仿真与优化
范文

    张国峰

    摘 要:该文首先对AMESim软件做了简要介绍,然后以隔膜泵冲洗系统为研究对象,建立了基于AMESim的仿真模型,通过对冲洗系统油量及喷射距离进行仿真计算来实现结构的优化。所得结论对隔膜泵液压控制系统设计研发具有一定的理论指导意义。

    关键词:冲洗系统;AMESim;仿真模型

    中图分类号:TB301 文献标志码:A

    0 引言

    近几年随着隔膜泵在石油化工项目、远距离管道输送项目等应用领域的拓展,各泵型规格不断扩大与完善,优化产品质量成为隔膜泵设计的重点攻关项目之一。优化产品质量首先应从设计角度出发,提高设计理论,改进设计方法,研发设计工具,改变设计观念。现代设计方法可以概括为力求运用现代应用数学、应用力学、微电子学及信息科学等方面的最新成果与手段实现6个方面的转化。

    (1)以动态取代静态:象利用AMESim对隔膜泵液压控系统进行仿真计算。

    (2)以定量取代定性:象利用ANSYS计算隔膜泵强度及结构尺寸。

    (3)以优化设计取代可行性设计:象利用相关的设计变量建立合理的数学模型,从众多的可行方案中寻求最优方法。

    (4)以并行设计取代串行设计:象依据隔膜泵总体设计方案,进行所属部装设计。

    (5)以微观取代宏观:象润滑理论中的微—纳米摩擦学。

    (6)以自动化设计取代人工设计:按照集成化与智能化的要求,充分利用软件设计代替人工设计。

    1 AMESim简介

    AMESim最早由法国Imagine公司于1995年推出,2007年被比利时LMS公司收购。LMS Imagine.Lab AMESim即多学科领域复杂系统建模仿真平台,用户可以在这个平台上建立复杂的多学科领域的系统模型,并在此基础上进行仿真计算和深入分析,也可以在这个平台上研究任意元件或系统的稳态和动态性能。象在燃油喷射、制动系统、动力传动、液压系统、机电系统和冷却系统中的应用等。

    在AMESim中共有4个应用库用于隔膜泵液压控制系统仿真,分别是液压库(HYD)、液压阀库(HSV)、液压元件设计库(HCD)及液阻库(HR),这些液压库在应用方面完全相互兼容。

    HYD是液压管路仿真的基础液压库,主要由一些用于仿真液压系统的内置元件组成。

    HSV主要用在液压管路中各处控制阀的应用库中。

    HCD是由基本几何结构单元组成的基本元素库,该元素库非常适合对非标液压元部件的动态特性进行建模和分析。

    HR用在液压管路中各处的压力损失和流量分布计算的应用库中。

    2 基于AMESim的冲洗系统仿真与优化

    隔膜泵冲洗系统在隔膜泵正常工作过程中,能提供稳定的冲洗油量和适当的喷射距离,最终对活塞油缸起到冷却和润滑的效果。该文以某隔膜泵项目为例,通过冲洗系统在优化前和优化后仿真曲线的对比来说明AMESim对系统优化起到的作用。

    2.1 建模原理图(图1、图2)

    2.2 仿真流量曲线

    在建模过程中,采用了同一流量源,所以从图3和图4中可以看出在0.1 s后流量达到稳定状态。图3中1室流量为2、3室流量的4倍,2、3室流量差值为0.2 L/min,所以在图3中2室流量曲线和3室流量曲线基本形成重合状态。该结构的冲洗系统流量均匀性相对较差,而从图4可以看出其流量分配比优化前要均匀,各室流量差值为1 L/min左右,而且在实际中能达到相对较好的冲洗效果。

    对于油液的喷射距离,可依据射流轨迹法原理进行计算,在此以优化后结构1室为例进行计算,如图5所示,在忽略空气阻力且压力近似为0时,孔口射流距离x0=v0t,由于冲洗系统属于直通管油液喷射,此处H=0,在考虑管内压力时,将压力作用下油液的喷射距离与压力为0时的射流距离进行叠加,得到的最终结果就是油液的实际喷射距离。

    根据仿真结果能得到v0和p0随时间的特性曲线,如图6、图7所示。

    由图6知,在0.1 s后流速达到稳定状态,所以x0=v0

    t=3.9×0.1=0.39m,

    由公式

    所以1室油液喷射距离 x=x0+x1=0.855m=855mm。同理可计算出2室、3室的喷射距离,见表1。

    3 结论

    AMESim不仅在隔膜泵液压元件设计中起到指导作用,而且在液压系统优化中提供了关键的理论依据。该文利用AMESim对隔膜泵冲洗系统油量及喷射距离的仿真计算,实现了冲洗系统的结构优化,对隔膜泵液壓控制系统设计研发具有一定的理论指导意义,为优化隔膜泵设计,使设计方法向多元化发展提供有力的依据。

    参考文献

    [1]付永领,祁晓野. LMS Imagine .Lab AMESim系统建模和仿真参考手册[M].北京:航空航天大学出版社,2011.

    [2]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2001.

    [3]乔中华.流体力学[M].太原:山西科学技术出版社,2001.

    [4]何存兴.液压元件[M].北京:机械工业出版社,1982.

    [5]杨叔子,杨克冲.机械工程控制基础[M].武汉:华中科技大学出版社,2005.

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更新时间:2025/3/15 20:09:22