matlab轴向柱塞泵动力学仿真,基于ADAMS柔性模型的轴向柱塞泵动力学仿真
0引言对于柱塞泵的动力学方面的研究一直在不停的进行中,在若干年以前主要是采用理论计算简化求解,工作量很大,而随着虚拟样机技术的迅速发展,逐渐采用计算机软件进行仿真,省去了大量繁琐的公式推导计算求解,为泵的研发设计节省了宝贵的时间,所以如何使用虚拟样机来更为准确的仿真现实中的受力是我们研究的重点。本文与以往的虚拟样机仿真模型比较提出一种新的仿真模型来更为准确的仿真柱塞泵动力学特性。1方案1以往的柱塞泵模型以往的柱塞泵的机液一体化虚拟样机模型中各部件之间的运动约束关系如表1所示,其ADAMS的动力学模型如图1所示。表1图1动力学模型!"#$%&’(%&$"#)%&’(柱塞底部的液压力的获得是在已经建立了泵的液压系统模型和动力学模型的基础上,利用AMESim和ADAMS两个软件平台之间的接口进行实时数据传递,将两个模型有机的联系在一起,便可以得到斜盘斜柱塞泵的机液一体化虚拟样机模型,AME如图2所示。图2AME泵模型以上就是以往的动力学虚拟样机仿真通常采用的方法,也就是ADAMS和AME两种软件的联合仿真,另外还有利用ADAMS和MATLAB的联合仿真,大体与方案1相似,就不再介绍。2方案2柱塞与套筒刚性接触模型柱塞与缸孔的接触比压分析是柱塞泵中最重要的摩擦副设计之一。在泵的正常运转过程中,柱塞在缸体中运动,其配合间隙的部分并非全部被油膜充满,总会存在着一些缸体与柱塞的直接接触的地方,而这些接触地方不接触应力不超过许用接触应力则不会发生不期望的磨损,所以考虑这个因素,采用接触碰撞分析,摩擦参数设置成存在油液的湿润滑有重要的意义。在此模型中泵各部件之间的运动约束关系中唯一变化的是缸体与套筒的关系,考虑现实柱塞在套筒中运动时严格的说是接触碰撞,而并非圆柱副,所以在柱塞与套筒之间添加接触力,使之与现实影响因素更为相近,接触参数如图3所示,刚性接触模型如图4所示。图3接触参数图4刚性接触模型对于此模型柱塞底部的液压力来自于流体软件STAR-CD的CFD流场仿真,较之AME提供的数据更为准确,流场的模型如图5所示,仿真结果曲线如图6所示。1-吸油腔2-配流盘腰型槽3-缸体腰型槽4-排油腔图5柱塞泵全流道模型网格图6始点在上止点的柱塞底部压力把CFD仿真得到的柱塞底部压力处理后导入到ADAMS中,添加在柱塞底部,这样方案2的虚拟样机模型就完成了。3方案3柱塞与套筒柔性接触模型在此模型中较之上一个模型,考虑柱塞与套筒的变形,根据变形矢量等于模态矩阵乘模态坐标(主坐标)应变等于微分乘子矩阵乘变形矢量应力等于弹性模梁乘应变,所以对于柔性体即可以用模态中性文件代替。采用Ansys有限元软件生成柱塞缸体柔性的模态中性文件,在ADAMS中使用模态中性文件代替原先的刚性体,即完成方案3的虚拟样机模型如图7所示。图7接触碰撞模型4仿真结果比较通过三种仿真方案比较,方案1的ADAMS模型和AME模型的建立都相对简单,但可以看出来仿真模型不够精确,方案2较方案1,ADAMS模型采用的刚性接触柱塞底部的液压力来自于STAR-CD流体仿真,较方案1更为精确,工作量要稍大于方案1,方案3在方案2的基础上ADAMS模型采用了ANSYS的中性文件的柔性化,工作量要稍大于方案2,但从影响因素方面考虑更接近于现实,而且同时从分析得到柱塞运动过程中的部分应力等,可以从材料方面校核柱塞的强度,对柱塞泵的设计有很大的意义,仿真结果如图8、图9、图10所示,柱塞的应力如图11所示。图11柱塞的应力图5结论通过几种模型的比较,文中提出的基于ADAMS柔性接触碰撞轴向柱塞泵动力学仿真采用柱塞与套筒柔性接触模型
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