基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器的制作方法

本实用新型涉及液压冲击器技术领域，具体为基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器。

背景技术：

液压冲击器以液压能源为动力，通过阀控产生高频冲击振动，用于对大块岩石的二次破碎作业、混泥土构建的拆毁等工程建设中。

随着工程机械的不断发展，传统的液压冲击器行程反馈调节输出的工作参数范围有限，而且纯液动换向阀控制的液压冲击器，反应速度较慢，效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器，以解决上述背景技术中提出的传统的液压冲击器行程反馈调节输出的工作参数范围有限，而且纯液动换向阀控制的液压冲击器，反应速度较慢，效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器，包括进油二通插装阀、进油高速开关电磁阀、模数转换器、蓄能器、计算机、功率信号放大器、安全阀、液压泵、回油滤清器、回油高速开关电磁阀、回油二通插装阀、钢钎、活塞、前腔、冲击液压缸缸体、后腔、氮气室和压力传感器，所述冲击液压缸缸体分为前腔和后腔，所述冲击液压缸缸体上部为氮气室，所述氮气室内设置有压力传感器，所述压力传感器与模数转换器电性连接，所述模数转换器与计算机电性连接，所述计算机与功率信号放大器之间电性连接，所述计算机与进油高速开关电磁阀和回油高速开关电磁阀之间均为电性连接，所述计算机与进油二通插装阀和回油二通插装阀之间均为电性连接，所述冲击液压缸缸体内设置有活塞和钢钎，所述蓄能器、安全阀、液压泵和回油滤清器共同组成液压系统。

优选的，所述冲击液压缸缸体的前腔为常压腔。

优选的，所述冲击液压缸缸体的后腔为油压交替变化的控制腔。

优选的，所述进油二通插装阀和回油二通插装阀由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成。

优选的，所述阀芯为锥阀芯结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器在冲击器缸体上设置氮气室，实现基于压力反馈的机电一体化控制的液压冲击器，采用PLC控制液压冲击器，提高了冲击器的工作效率和能源利用率，实现快速有效地冲击，利用AMESim软件，建立液压冲击器系统的整体模型，将其与Simulink软件进行联合仿真，实现对冲击器换向阀的控制，得出液压冲击器运动规律的特性曲线以及冲击器内部压力的特性曲线等，液压冲击器系统的配流换向系统采用高速开关电磁阀作为先导阀和二通插装阀配合共同组成，建立了液压冲击器的计算机控制系统，采用S7-200PLC软件进行编程，将采集到的氮气室的压力信号进行处理，控制高速开关阀的开关，从而实现液压冲击器的高速冲击作用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型计算机控制系统Simulink模型示意图。

图3为本实用新型液压冲击器系统AMESim与Simulink联合仿真模型示意图。

图4为本实用新型冲击振幅和冲击速度仿真曲线示意图。

图5为本实用新型活塞直径对冲击振幅的影响示意图。

图6为本实用新型氮气室初始压力对冲击振幅的影响示意图。

图7为本实用新型氮气室初始压力对冲击力的影响示意图。

图8为本实用新型蓄能器充气压力对冲击振幅的影响示意图。

图9为本实用新型蓄能器充气压力对冲击力的影响示意图。

图中：1、进油二通插装阀，2、进油高速开关电磁阀，3、模数转换器，4、蓄能器，5、计算机，6、功率信号放大器，7、安全阀，8、液压泵，9、回油滤清器，10、回油高速开关电磁阀，11、回油二通插装阀，12、钢钎，13、活塞，14、前腔，15、冲击液压缸缸体，16、后腔，17、氮气室，18、压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器，包括进油二通插装阀1、进油高速开关电磁阀2、模数转换器3、蓄能器4、计算机5、功率信号放大器6、安全阀7、液压泵8、回油滤清器9、回油高速开关电磁阀10、回油二通插装阀11、钢钎12、活塞13、前腔14、冲击液压缸缸体15、后腔16、氮气室17和压力传感器18，冲击液压缸缸体15分为前腔14和后腔16，冲击液压缸缸体15上部为氮气室17，氮气室17内设置有压力传感器18，压力传感器18与模数转换器3电性连接，模数转换器3与计算机5电性连接，计算机5与功率信号放大器6之间电性连接，计算机5与进油高速开关电磁阀2和回油高速开关电磁阀10之间均为电性连接，计算机5与进油二通插装阀1和回油二通插装阀11之间均为电性连接，冲击液压缸缸体15内设置有活塞13和钢钎12，蓄能器4、安全阀7、液压泵8和回油滤清器9共同组成液压系统。

上述实施例中，具体的，冲击液压缸缸体15的前腔14为常压腔，用于冲程和回程。

上述实施例中，具体的，冲击液压缸缸体15的后腔16为油压交替变化的控制腔，用于冲程和回程。

上述实施例中，具体的，进油二通插装阀1和回油二通插装阀11由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成，控制油液进回，实现液压冲击器冲程和回程。

上述实施例中，具体的，阀芯为锥阀芯结构，主要实现液路的通或断。

工作原理：在使用该基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器时，首先需对整个基于AMEsim和Simulink的机电一体化液压冲击器有一个结构上的了解，冲击液压缸缸体15的前腔14为常压腔、后腔16为油压交替变化的控制腔，冲击液压缸缸体15的上缸体处有氮气室17，进油高速开关电磁阀2和回油高速开关电磁阀10配合进油二通插装阀1和回油二通插装阀11实现对液压冲击器活塞13的配流换向作用，液压冲击器的工作过程可大致分为冲程和回程两个阶段，其中冲程分为冲程加速和冲击停顿两个阶段，回程分为回程加速和回程制动两个阶段，氮气室17中的压力变化由压力传感器18检测，并经模数转换器3转换传送到计算机5，将输入的连续信号转化为0/1开关信号，经功率信号放大器6输出，驱动进油高速开关电磁阀2、回油高速开关电磁阀10和进油二通插装阀1、回油二通插装阀11控制油液进回，实现液压冲击器冲程和回程，同时可通过计算机5编程来实现多种冲击特性的控制。

进一步的，根据液压冲击器系统的原理，建立了整体液压冲击系统的AMESim模型，冲击液压缸缸体15上部为氮气室17，内部充满具有一定压力的氮气，假设氮气室内的气体不与外界气体进行热交换，为恒温，氮气室17与活塞13之间采用密封圈，如图3部分所示；高速开关电磁阀是由计算机5输出电信号进行控制的，假设：给定高电平时，电磁阀控制口与进油口接通；给定低电平时，电磁阀控制口与回油口接通，计算机5实时检测氮气室17的压力信号，通过不断计算以及控制器的作用，当压力信号达到换向压力时，计算机5发出控制信号，控制高速开关阀的开启和关闭，如图3部分所示；二通插装阀主要由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成，阀芯为锥阀芯结构，如图3部分所示。

进一步的，建立计算机5控制系统Simulink模型，如图2所示。

进一步的，将液压冲击器各部件AMESim模型和计算机5控制系统Simulink模型通过特定接口联接起来，构成整个液压冲击器系统的AMESim与Simulink联合仿真模型，如图3所示。

进一步的， AMESim与Simulink仿真模型对液压冲击器进行联合仿真得到液压冲击器冲击振幅和冲击速度特性曲线，如图4所示，从图中仿真曲线中可以看出，液压冲击器冲击一周时间为0.063s，其中回程阶段时间为0.05s，冲程阶段所用时间为0.13s，回程占总周期时间的79.4%，回程包括回程加速和回程减速阶段，活塞13在回程加速过程初期，活塞13达到回程最大速度2.2m/s，随后速度略有减小直到回程减速过程，这是因为前腔14压力油对于活塞13的作用力大于氮气室17对于活塞13的作用力，但随着氮气室17的压力越来越大，活塞趋于匀速运动，活塞13在冲程过程中，最大速度可达11.3m/s，即活塞13的冲击末速度为11.3m/s，活塞13质量为14.26kg，由此可以算出最大冲击能为910.4J。

进一步的，在其他参数保持不变的情况下，分别取活塞直径为74.8mm、74.6mm、74.4mm时的仿真曲线如图5所示，从图中可以看出：随着活塞13最大直径的减小，液压冲击器冲击冲击周期越来越长，其中回程阶段时间变得越来越长，而冲程阶段的时间却没有改变，这是因为在回程阶段，随着活塞13最大直径的减小，前腔14的液压油作用面积减小，而在冲程时，由于活塞13是差动运行，前腔14和后腔16的液压油作用面积减小相同量，因此回程阶段的时间没有改变。

进一步的，在其他参数保持不变的情况下，氮气室17初始压力分别为26MPa、20MPa、14MPa时的冲击振幅和冲击速度仿真曲线如图6和图7所示，从图中可以看出：随着氮气腔初始压力减小，液压冲击器冲击冲击周期越来越长，其中回程阶段时间变得越来越短，而冲程阶段的时间却变得越来越长，活塞13的冲击能越来越小。

进一步的，蓄能器4充气压力分别为21MPa、24MPa、27MPa时的仿真曲线如图8和图9所示，从图中可以看出：活塞蓄能器充气压力为21MPa时，液压冲击器冲击一周时间为0.065s，活塞13的冲击末速度为11.1m/s，最大冲击能为878.5J；活塞蓄能器充气压力为24MPa时，液压冲击器冲击一周时间为0.063s，活塞13的冲击末速度为11.3m/s，最大冲击能为910.4J；活塞蓄能器充气压力为27MPa时，液压冲击器冲击一周时间为0.06s，活塞13的冲击末速度为11.6m/s，最大冲击能为959.4J。随着活塞蓄能器充气压力减小，液压冲击器冲击周期越来越短，活塞13的冲击能越来越大。

综上所述，以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。