基于Pro/E和ADAMS的阀门气动执行器仿真优化(2)

2.3、模型运动仿真分析

　　对气动执行器模型进行动力学仿真，得到仿真数据曲线。图4为气动执行器主要构件活塞杆和拨叉轴的运动曲线图。

a 活塞杆速度随时间变化曲线

b 活塞杆加速度随时间变化曲线

c 拨叉轴角速度随时间变化曲线

d 拨叉轴角加速度随时间变化曲线

图4 活塞杆和拨叉轴的运动曲线图

　　图4的d中，拨叉轴角加速度前期表现平稳，在后期出现较大的波折，角加速度快速降为零，后又急速上升，表明拨叉轴在运行后期出现不平稳状况，不利于气动执行器和阀门的工作，需要进行优化。

3、气动执行器优化设计

3.1、参数化设计

　　由于Pro/ENGINEER和ADAMS两者建模规则的不同，无法将Pro/ENGINEER中创建的零件模型在ADAMS中实现参数化。我们直接在ADAMS/View中建立气动执行器的简化模型，添加约束和载荷，进行参数化优化分析，得到优化数据，简化模型如图5所示。

图5 简化模型

　　定义设计变量

3.1.1、产生设计变量

　　将活塞杆轴线至拨叉下底面的垂直距离，产生设计变量.actuator_adams.DV_1，便于控制活塞杆的半径变化。

3.1.2、参数化

　　将活塞杆半径R相对于设计变量进行参数化。

3.2、参数化机构的仿真分析

　　运行设计研究，程序自动打开数据库信息窗口，同时得到其他仿真数据曲线，如图6所示。

a 设计变量DV_1变化曲线

b 拨叉轴角加速度峰值随设计变量DV_1变化曲线

c 驱动力变化曲线图

d 执行器输出扭矩变化曲线图

e 拨叉轴角加速度变化曲线图

图6 设计研究曲线图

　　图6的a中，设计研究共仿真了5组数据，五组数据相对应的活塞杆半径为16mm，15mm，14mm，13mm和12mm。

　　图6的b中，随着设计变量DV_1的增大，拨叉轴角加速度峰值线性增长，即随着活塞杆半径的减小，执行器拨叉轴的角加速度峰值越大，角加速度变化越剧烈。

　　图6的c中，活塞杆半径越小，气动推动活塞的驱动力越大，这与活塞半径不变，气体作用面积增大，作用力增大的实际情况相符。

　　图6的d中曲线大致呈向上开口的抛物线形状，符合拨叉式阀门气动执行器的输出扭矩特性。结合图6的c图可以发现，驱动力越小，执行器输出扭矩越平稳，符合实际情况。

　　图6的e中，在不同的活塞杆半径下，拨叉轴角加速度的峰值有着较明显的差距，且变化情况与图6的b图相符。随着设计变量DV_1的增大，拨叉轴角加速度曲线的平滑性明显下降。

　　总体上，针对活塞杆半径进行了优化，活塞杆半径的减小，使拨叉轴角加速度峰值相对减小，有效地降低了拨叉轴和拨叉的惯性力，提高了整个模型的运动性能。

4、结束语

　　本文基于Pro/E和ADAMS软件联合应用的运动仿真平台，有利于设计人员对机构设计的优化，缩短产品的开发周期。