基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)温州大学机电工程学院; 作者:吴兴

  以阀门气动执行器为研究对象,运用三维设计软件Pro/E构建实体模型,并实现虚拟装配。利用Pro/E和ADAMS的接口软件Mech/Pro,将模型导入到ADAMS/View下并建立完整的虚拟样机模型,对模型进行动力学仿真分析。利用ADAMS/View的设计研究功能,对机构进行优化设计,得到了使阀门气动执行器运动较为平稳的活塞杆尺寸参数。

  阀门是流体输送系统中的控制部件,具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压等功能。阀门气动执行器是利用压缩空气驱动阀门启闭的装置。气动执行器作为阀门的配套驱动及控制部分在国民经济各个部门中有着广泛的应用,同样在工业自动化生产中占有及其重要的地位。目前国内阀门技术水平与国外发达国家相比还有差距,中小型阀门企业在产品设计上依靠模仿国外同类产品,缺乏具有自主知识产权的核心技术。通过对阀门气动执行器的正向设计希望能够为国内阀门行业添砖加瓦,为阀门企业提供一些帮助。

1、气动执行器的实体建模

1.1、建立零件实体模型

  针对某型阀门气动执行器产品,利用Pro/ENGINEER软件建立实体模型,图1为气动执行器部分零件图。

基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化

图1 气动执行器部分零件图

1.2、虚拟装配

  总装配体如图2所示,使用全局干涉检查工具,对装配干涉进行检查,确保模型装配正确。

基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化

图2 执行器总装配体

1.3、定义刚体和添加约束

  装配完成后,通过ADAMS与Pro/ENGINEER的无缝接口软件Mech/Pro定义刚体和添加部分约束副。

2、气动执行器的仿真分析

2.1、模型导入与施加载荷

  在ADAMS/View中导入模型如图3所示。

基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化

图3 气动执行器运动机构

  阀门气动执行器主要施加的外力包括气体推动活塞的驱动力和阀门阀杆的反作用力矩。在施加力时,我们需要选取力作用的构件、作用点、力的大小和方向。

2.1.1、驱动力的创建

  本文所研究的气动执行器气源压力4.0×105Pa,活塞直径140mm,活塞杆直径32mm。

  根据双活塞双作用串联式气缸的活塞推力计算公式

基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化

  其中,D为活塞直径,d为活塞杆直径,ps为气源压力,η1为考虑摩擦阻力影响引入的系数。

  计算得到所需添加的推动活塞的驱动力为10189N。

2.1.2、添加阻力矩

  阀门阀杆的反作用扭矩方程为

基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化

  其中F为驱动力,η2为传动效率,L为拨叉偏心距,α为拨叉转角。在拨叉轴上添加阻力矩,方向与旋转方向相反。

2.2、验证模型

  气动执行器模型检验正确,自由度为1,ADAMS将采用动力学分析方法。

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