基于虚拟仪器的新型起升方式研究

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2013年 9月第 41卷 第 l7期机床与液压MACHINE T00L& HYDRAULICSSep．2013Vol|4l No．17DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．17．046基于虚拟仪器的新型起升方式研究冯江涛 ，郭晓松 ，冯永保 ，仝伟(1．第二炮兵工程大学，陕西西安 710025；2．第二炮兵驻综合仪器仪表厂军事代表室，河北廊坊 065000)摘要：为了验证新型起升方式的可行性，为工程应用提供一定的依据。介绍了系统的工作原理，规划 了新型起升过程，运用 AMESim软件对系统进行了仿真研究。利用虚拟仪器技术对系统进行了实验论证，对虚拟仪器的硬件进行了选型，用 LabVIEW软件编写了控制和检测程序。通过仿真分析和实验验证得出新型起升方式是可行的。

关键词：新型起升方式；AMESim；虚拟仪器中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1001—3881(2013)17—159-4Research of a New Lifting W ay Based on Virtual InstrumentsFENG Jiangtao ，GUO Xiaosong ，FENG Yongbao ，TONG Wei(1．The Second Artilery Engineering University，Xi’an Shaanxi 7 10025，China；2．Military Deputy Office of the Second Artilery in Integrated Instrument Factory ，Langfang Hebei 065000．China)Abstract：In order to verify the feasibility of a new lifting way，a basis for engineering applications was provided．The system’Sworking principle was described and the layout of the process of lifting was designed．Simulation of the system was studied using theAMESim software．The system was demonstrated with experiment using the virtual instrument technology，the hardware of virtual instru—ment was selected，and the control and testing programs were writen using the LabVIEW software．The feasibility of the new lifting wayis obtained through simulation analysis and experimental verification.

Keywords：New lifting way；AMESim；Virtual instrument传统的起升方式多采用后铰支点固定的结构，在某些场合为减少起升时间和空间，需要采用后铰支点可移式的新型起升方式? ，为更好地验证这种起升方式，需要对其进行仿真和实验研究。

起升结构普遍采用液压作为驱动力，液压传动具有质量轻、可以实现无级调速等优点，已广泛应用于工业生产的各个领域。但是由于液压传动结构复杂，内部状态难以直接观测，对于不同的物理量需要安装多种传感器，单凭感官读数误差较大且工作繁重。虚拟仪器是一种新的仪器概念，越来越受到高校的重视 ，它利用模块化的硬件和软件 ，可以根据需要实现不同的功能，结果显示直观，操作简便，工作人员只需要在电脑前面即可控制仪器动作，并能直观地观测各种参数的变 。将虚拟仪器技术应用于液压系统中可以实现控制和状态的自动检测，测量精度较高，系统性能稳定、具有强大的人机交流功能，虚拟仪器技术已成为液压系统 自动检测的一个主要发展方向。

1 系统的工作原理为了节省起升时间和空间，在传统后铰支点固定的起升结构的基础上，增加了一个水平油缸，系统示意图如图l所示，在起升过程中由两个油缸协作将负载起升到位。

图 1 系统不意 图双缸协同运作需要对运动过程进行合理的规划，综合考虑起升过程中的各种因素影响将系统起升过程的运动规划为：当起升角度 0<10。时，由起升油缸单独运动推动负载运动；当起升角度10。<0<80。时，由起升油缸和水平油缸共同推动负载起升；当80。<0<90。时，水平油缸停止，起升油缸单独运动。当0=90。时，起升油缸停止，负载运动到位。在起升过程中需要实时观测压力和流量的变化，并且由于双缸的相互影响，系统的振动也是一个不容忽视的因素。

2 基于AMESim的系统模型AMESim是多学科领域的仿真建模软件，具有丰收稿日期：2012—08—10作者简介：冯江涛 (1989一)，男，硕士研究生，研究方向为自动检测与故障诊断。E—mail：fen商t291082217###126．com。

· 160· 机床与液压 第 41卷富的模型库 ，涵盖液压、气动、机械、控制、液压气动元件设计、热流体、冷却、汽车设计等领域，建模方法采用图形化的方式反映各元件的相互关系，建立的模型与实际的工作原理几乎一样。

根据系统的原理调用液压库、机械库和信号库中提供的元件建立的模型如图2所示，图中左半部分为液压系统模型，系统由定量泵提供系统动力源；溢流阀用于限制系统压力，防止过载；电磁比例换向阀用于控制液压油缸的运行速度；平衡阀目的是当负载起升角度超过90。，防止负载由于重力而运动，当负载回平时 ，在起升油缸无杆腔产生背压以控制负载的速度 ；双向液压锁用于换向阀在中位时水平油缸的精确定位和锁死。右半部分为机械系统模型，由起升臂和支架两部分模型连接而成。

图2 系统模型主要参数设置：液压泵的额定转速为 1 460r／min，排量为25 mL／r，溢流阀限定压力5 MPa，平衡阀限定压力 0．2 MPa；起升和水平液压缸缸径／杆径分别为 125 ram／90 mm、90 mm／63 mm，起升臂和负载质量 1 500 kg，支架质量 100 kg。

按照系统要求设置好其他元件的参数进行仿真得到系统的压力如图3所示，图中曲线 1、2为起升油缸无杆腔、有杆腔压力；曲线 3、4为水平油缸有杆腔、无杆腔压力。从图中可以看到运行过程中压力变化平稳；在水平油缸启动时，水平缸有杆腔压力有一个突变，起升油缸有杆腔和无杆腔压力有一个扰动。

1一起升油缸无杆腔压力2一起升油缸有杆腔压力j、． 一 ? ．．一三 ： 一』一一一一-= 一＼i
． 一 ． 一 一 一 4 、10 20 30 40 50 60 70 80 0t／s3 虚拟仪器设计3．1 硬件构成虚拟仪器硬件连接如图 4所示：其 中 PXI一1044是12槽的机箱，是一种低成本、紧固式的PXI机箱，有适用于工业系统的模块化体系和坚固的结构，能在噪声、潮湿、振动、倾斜的恶劣环境下正常运作；PXI-6259是一块高速、多功能数据采集卡，提供 32路单端、16路差分模拟输入，4路模拟输出和48路数字 I／O，具有强大的数据采集和控制能力；PXI.

4472是动态数据采集模块，适合用于声音及振动的检测；SCB-68是一款屏蔽式 I／O接线盒，有 68针连接端口，用以将传感器输入信号连往 PXI-6259数据采集卡，结合屏蔽式 电缆时 ，SCB-68可提供坚 固且噪声极低的信号终端。

计算机 l控制软件』l PXI．1044机箱} PXI．6259 PXI-6259 PXI．4472， I II SCB 68 SCB．68 振 振l i 、 ，l J 动 动 传传
电 压 流 位 角 感 感压 力 量 移 度 器 器输 传 传 传 传感 感 感 感 出器 器 器 器图4 系统硬件连接图测量过程中，首先需要将物理信号转换为电信号，然后由数据采集卡转换为计算机能够进行处理的数字信号。根据系统原理，压力传感器选用 cs—PT300系列压力变送器，量程为 35 MPa，输出 0～10V电压；流量传感器选用 LWGB-15系列涡轮流量传感器，输出0～10 V电压；角度传感器选用倍加福公司生产的FSS58单圈绝对型编码器，具有单圈l3位的测量精度，输出格雷码；水平油缸位移传感器选择巴鲁夫位移传感器，量程1 700 mm，输出0～l0 V电压 。

3．2 软 件编 程目前较流行的虚拟仪器软件有两类：一类是图形化的编程语言，如 HPVEE、LabVIEW等；另一类是文本式 的编程语言，如 Visual C++、LabWindows／CVI等 。NI公司的LabVIEW软件使得设计者无须编写文本格式的代码 ，具有用户 自定义界面和数据流编程风格，是一个开放式的虚拟仪器开发系统应用软件 ]，具有很多优势，因此选用 LabVIEW软件进行编程。

3．2．1 输出程序为完成起升过程的控制，需要输出电压用以控制磬6 5 4 3 2 l O 日 毫