基于AMESim的隔膜泵冲洗系统仿真与优化

2022-03-06 10:08:56 | 浏览次数：

摘要：該文首先对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，对隔膜泵液压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.