Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AMESIM mô phỏng và nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên máy đào một gầu

Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng phần mềm AMESIM mô phỏng và
nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực trên máy đào một gầu.
- Sinh viên thực hiện: Vũ Văn Mạnh
Lê Đức Hùng
Đinh Mạnh Tùng
- Lớp: Cơ khí Giao thơng cơng chính
- Năm thứ: 4

Khóa: 56

Khoa: Cơ khí

Số năm đào tạo: 4 năm

- Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Vịnh
2. Mục tiêu đề tài
Các kết quả nghiên cứu thu được phục vụ học tập và các mơn học có liên quan và
nghiên cứu khoa học.
3. Tính mới và sáng tạo
LMS AMESIM cho phép mơ phỏng trước, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
Giải pháp này cũng giải quyết nhiều thách thức của kỹ thuật thông minh. Kết hợp
tốt các mô phỏng hệ thống cơ điện tử và ứng dụng chuyên dụng, mô phỏng này
giúp người dung đưa ra những lựa chọn đúng đắn trong quá trình thiết kế và mang
lại kết quả chất lượng cao hơn trong một thời gian ngắn hơn.
4. Kết quả nghiên cứu

- Các kết quả mô phỏng.
- Các kết quả nghiên cứu động lực học hệ thống truyền động thủy lực của thiết
bị.

Khoa Cơ khí

1

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Các giải pháp giảm thiểu lực động trong hệ thống truyền động thủy lực.
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội, giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc
phịng và khả năng áp dụng của đề tài
Mơ phỏng hệ thống truyền động thủy lực mạch kín, mạch hở tiêu biểu trên máy
xây dựng trong nước và trên thế giới.
6. Các công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài

- Ghi rõ họ và tên tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản (nếu có) hoặc nhận
xét, đáng giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có).

Hà Nội, ngày 09 tháng 04 năm 2019
Sinh viên chịu trách nhiệm chính
(ký, ghi rõ họ và tên)

Khoa Cơ khí

2

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên
thực hiện đề tài (do người hướng dẫn ghi).

Hà Nội, ngày 09 tháng 04 năm 2019
Người hướng dẫn
(ký, ghi rõ họ và tên)

Khoa Cơ khí

3

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC

HIỆN ĐỀ TÀI
1. Sơ lược về sinh viên
Họ và tên: Vũ Văn Mạnh
Ngày sinh: 23/08/1997
Q qn: Thái Bình
Lớp: Cơ khí Giao thơng cơng chính
Khoa: Cơ khí
Khóa: 56
Trường: Đại học giao thơng vận tải
Số điện thoại: 0378156594
Email:
2. Quá trình học tập

Sơ lược thành tích học tập

Năm

Nghành học

Khoa

Trường

Năm 1

Cơ khí GTCC

Cơ khí

ĐH GTVT

Trung bình

Năm 2

Cơ khí GTCC

Cơ khí

ĐH GTVT

Khá

Năm 3

Cơ khí GTCC

Cơ khí

ĐH GTVT

Khá

Năm 4

Cơ khí GTCC

Cơ khí

ĐH GTVT

Khá

( Xếp loại )

LỜI NĨI ĐẦU
Ngày này với sự phát triển của khoa học công nghê ̣ viê ̣c tính toán các kết cấu trở
nên đơn giản hơn với sự hỗ trợ của các phần mềm. Sự bùng nổ của ngành công nghê ̣
Khoa Cơ khí

4

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

phần mềm đã dấn tới sự ra đời của rất nhiều các phần mềm trên mọi lĩnh vực nhằm hỗ
trợ con người giảm bớt thời gian, nâng cao đô ̣ chính xác, tính thẩm mỹ, … và mục tiêu
chính là hiê ̣u quả kinh tế cao. Do vâ ̣y viê ̣c áp dụng các thành tựu khoa học công nghê ̣
này vào từng lĩnh vực cụ thể là điều rất quan trọng.
Trong ngành Máy xây dựng – Xếp dỡ hiê ̣n này viê ̣c sử dụng các hê ̣ thống truyền
truyền đô ̣ng ngày càng được cải tiến và nâng cao hơn đề cho máy có thể làm viê ̣c được
an toàn, êm dịu, gọn nhẹ mà hiê ̣n nay sự dụng hê ̣ thống truyền đô ̣ng thuỷ lực là chiếm đa
số. Để có được hê ̣ thống truyền đô ̣ng như thế thì con người không ngừng nghiên cứu để
đưa ra những ứng dụng mới, với mạch phức tạp thì viê ̣c sử dụng công cụ đơn giản để
mô phỏng mô hình truyền đô ̣ng là rất khó khắn kết quả, thông số đầu ra cũng không xác
định được chính xác. Để có mô ̣t kết quả nhanh, chính xác, mô hình mạch truyền đô ̣ng

gần đúng với mạch thực tế nhất, phần mềm đáp ứng được các tiêu chí trên chỉ có phần
mềm AMESIM mới đáp ứng được. Với kho thư viê ̣n chứa các mô hình mô phỏng phong
phú hầu hết trong các lĩnh vực khoa học - kỹ thuâ ̣t cho phép người dùng thao tác rất
nhanh để tạo thành mạch điều khiển, truyền đô ̣ng. Chính vì thế nhóm nghiên cứu chúng
em đã mạnh dạn tìm hiểu chức năng và cách thức sử dụng phần mềm AMESIM này để
phục vụ học tập và từng bước ứng dụng vào trong thực tiễn sản xuất.
Trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài không tránh khỏi những thiếu sót và
những hạn chế. Em mong nhận đựơc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cơ và các bạn
sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn PGS - TS
Nguyễn Văn Vịnh cùng tồn thể các thầy, cơ giáo trơng bộ mơn Máy Xây Dựng – Xếp
dỡ đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đề tài nghiên cứu khoa học này.

Khoa Cơ khí

5

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiê ̣n nay viê ̣c sử dụng, ứng dụng phần mềm AMESIM vào giải quyết các bài toán
khoa học – kỹ thuâ ̣t được sử dụng rô ̣ng rãi trên thế giới đă ̣c biê ̣t là các nước phát triển vì
cho phép người dùng sử dụng mô ̣t các linh hoạt, tiê ̣n dụng và thiết lâ ̣p, tính toán mô ̣t bài
toán mô ̣t cách nhanh chóng, cho kết quả nhanh và chính xác. Nhưng ở nước ta viê ̣c ứng
dụng phần mềm này vào các bài toán còn hạn chế hoă ̣c ứng dụng nhưng chỉ đơn thuẩn
sử dụng để giải quyết các bài toán đơn giản và thiết lâ ̣p các mạch đơn giản mà chưa khai

thác hết được các tính năng mà phần mềm này mang lại.
Viê ̣c sử dụng phần mềm AMESIM vào mô phỏng các bài toán truyền đô ̣ng
trên các máy nói chung và máy xây dựng nói riêng cho phép chúng ta cái nhìn tổng quan
chính xác về sơ đồ truyền đô ̣ng của máy và bô ̣ phâ ̣n máy, không đơn thuần chỉ để giải
quyết mô ̣t bài toán đô ̣ng học, đô ̣ng lực học bằng các mạch điều khiền thuần cơ khí, điê ̣n,
thuỷ lực,… mà chúng ta có thể kết hợp sử dụng các mô hình cơ khí, điê ̣n, thuỷ lực…. Để
tạo nên mô ̣t hê ̣ thống điều khiển phức tạp và hiê ̣u quả hơn.
LMS AMESIM cho phép mô phỏng trước, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
Giải pháp này cũng giải quyết nhiều thách thức của kỹ thuật thông minh. Kết hợp tốt các
mô phỏng hệ thống cơ điện tử và ứng dụng chuyên dụng, mô phỏng này giúp người
dung đưa ra những lựa chọn đúng đắn trong quá trình thiết kế và mang lại kết quả chất
lượng cao hơn trong một thời gian ngắn hơn.

Khoa Cơ khí

6

Bộ môn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SIEMENS LMS AMESIM
1.1. Giới thiệu phần mềm Siemens LMS Amesim
LMS Imagine.Lab Amesim cung cấp cho các kỹ sư một nền tảng mơ phỏng tích
hợp để dự đốn chính xác hiệu năng đa ngành của các hệ thống thơng minh. LMS
Amesim cho phép bạn mơ hình hố, mơ phỏng và phân tích các hệ thống điều khiển đa
miền và cung cấp các khả năng mơ hình hố nhà máy để kết nối với thiết kế điều khiển

giúp bạn đánh giá và xác nhận chiến lược kiểm soát.
LMS Amesim cho phép mô phỏng trước, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí. Giải
pháp này cũng giải quyết nhiều thách thức của kỹ thuật thông minh. Kết hợp tốt các mô
phỏng hệ thống cơ điện tử và ứng dụng chuyên dụng, mô phỏng này giúp các công ty
đưa ra những lựa chọn đúng đắn trong quá trình thiết kế và mang lại kết quả chất lượng
cao hơn trong một thời gian ngắn hơn.
LMS Amesim Platform là mô ̣t nền tảng mở, mạnh mẽ và thân thiê ̣n với người
dùng cho viê ̣c mô hình và phân tích hê ̣ thống đa miền. Nó cho phép bạn đánh giá hiê ̣u
suất chức năng của các hê ̣ thống cơ điê ̣n tử thông minh, bắt đầu từ giai đoạn phát triển
ban đầu.
LMS Amesim Libraties cung cấp thư viê ̣n vâ ̣t lý cho chất lỏng, nhiê ̣t đô ̣ng lực
học, điê ̣n tử, cơ điê ̣n, cơ khí và xử lý tín hiê ̣u cũng như các thư viê ̣n ứng dụng cho hê ̣
thống làm mát, điều hoà không khí, đô ̣ng cơ đốt trong, không gian vũ trụ và các hê ̣
thớng khác.

Biểu tượng phần mềm:

Khoa Cơ khí

7

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Một số vùng làm việc cơ bản:

- Khu vực phác thảo: Dùng để mô tả, thể hiện các phần tử trong mạch thủy lực

- Vùng thư viện: Nơi chứa các phần tử

Khoa Cơ khí

8

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Thanh công cụ: Dùng để thực hiện các lệnh cần thiết

- Thanh tiêu đề: Nơi hiển thị tên của thư mục
Khoa Cơ khí

9

Bộ mơn MXD - XD


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Thanh truy cập nhanh: Thực hiện nhanh các thao tác cơ bản

10

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

1.2. Một số thư viện và phần tử thường được sử dụng trong phần mềm AMESIM

- Thư viện thủy lực (Hydraulic)

11

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Thư viện cơ khí (Mechanical)

- Thư viện tín hiệu, điều khiển (Signal, Control)

12

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Thư viện cơ cấu cơ khí (Planar Mechanical)

CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LMS AMESIM
2.1. Ứng dụng phần mềm LMS AMESIM mô phỏng mạch thủy lực đơn giản
2.1.1. Mục tiêu

- Giới thiệu các thao tác cơ bản trên phần mềm.
- Xây dựng, mô phỏng một hệ thống thủy lực đơn giản.
-

Đưa ra các kết quả cơ bản sau khi thao tác trên phần mềm.

13

Khoa Cơ khí

XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Hình 2-1. Một mạch thủy lực đơn giản
Biểu tượng mô phỏng hệ thống thủy lực

Elementary hydraulic

Phần tử mô phỏng động cơ điện

Electrical motor
Fixed displacement hydraulic pump
Hydraulic relief or sequence valve
Fixed displacement hydraulic motor

Phần tử mô phỏng bơm thủy lực chạy 1
chiều
Phần tử mơ phỏng van an tồn
Phần tử mơ phỏng động cơ một chiều
Phần tử mô phỏng tải quay với 1 cổng
ma sát

Rotary load with 1 port and fiction

Phần tử mô phỏng thùng dầu

Hydraulic tank of reservoil

Phần tử mô phỏng ống nối thủy lực 3
cổng

3 Port hydraulic node

14

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Mạch thủy lực hình II-1: Mơ tơ được lắp với bơm cung cấp năng lượng cho bơm, khi mô
tơ quay bơm sẽ hút dầu từ thùng từ thùng dầu, dòng dầu cao áp sau đó di chuyển trong
đường ống tới động cơ thủy lực, dưới áp lực cao của dầu, động cơ thủy lực sẽ quay cung
cấp năng lượng cho tải phía ngồi. Van an tồn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho hệ
thống, khi áp suất trong đường ống quá cao vượt giá trị cho phép van an toàn sẽ mở để
một phần dầu quay trở lại thùng dầu.
Trên hình vẽ mơ phỏng ta thấy 3 biểu tượng thùng dầu nhưng thực chất chỉ có 1 thùng
dầu chính.
2.1.2. Các thao tác trên phần mềm LMS AMESIM

Bước 1: Khởi động phần mềm và tạo file mới

- Nhấn đúp vào biểu tượng chương trình LMS AMESIM trên màn hình

.

- Chọn File > New > Click chọn biểu tượng dầu thủy lực như hình II-2 dưới đây:

15

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Hình 2-2

- Sau khi chọn xong click vào “OK”. Màn hình sẽ suất hiện biểu tượng dầu thủy
lực ở góc bên trái phía trên màn hình.

- Cũng có thể click chọn vào biểu tượng

để chọn một trang mới nhưng phải

chọn lại các phần tử thủy lực.

Bước 2: Xây dựng mô phỏng hệ thống thủy lực

16

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Lấy các phần tử trong mạch từ các Library tree (thư viện của phần mềm).

Hình 2-3. Danh mục các thư viện

17

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Cụ thể ở đây ta lấy từ hai thư viện:
+ Hydraulic (thư viện thủy lực)

Hình 2-4. Thư viện Hydraulic (thư viện thủy lực)
+ Mechanical (thư viện cơ khí)

18

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Hình 2-5. Thư viện Mechanical (thư viện cơ khí)

- Lần lượt lấy các phần tử cần thiết trong các thư viện để xây dựng mạch hoàn
chỉnh. Click chuột phải vào dấu “X” bên góc phải màn hình nếu muốn đóng
thư viện này hoặc giữ chuột trái vào ô thư viện này và di chuyển lên tới sát
mép thanh công cụ để sử dụng dễ dàng hơn.

- Vào File chọn Save để lưu lại sau khi đã xây dựng thành công mạch với tên
“mạch 1”

- Click vào submole
Các tên ở trong phần tử thủy lực sẽ không xuất hiện tên kĩ thuật của phần tử

nếu khơng định tên của phần tử đó bằng lệnh submole nên muốn xuất tên của
phần tử ra màn hình thì ta phải thực hiện bước này.
Bấm vào biểu tượng

dưới cùng của thanh cơng cụ. Sau đó click chuột phải

vào phần tử mạch chọn Label(s) sau đó tích chọn mục Show line label(s)

19

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Hình 2-6. Tên các phần tử được liệt kê

- Như hình II-5 các phần tử nào được kê khai sẽ có tên như trên. Ống dẫn dầu
đầu thường có tên HL000 được liên kết với một trong những đường dầu khác.
Sẽ có một vài sự thay đổi nhỏ dựa trên những lệnh đã xây dựng trên những
đường dầu. Chúng sẽ không bị ảnh hưởng bới kết quả mô phỏng.

- Một đặc điểm quan trọng của cái tên (HL000) là nó khơng phải là một đường
dẫn trực tiếp. Để nhấn mạnh điểm này của đường ống có hình dạng đặc biệt
(ống này sẽ to hơn các ống cịn lại):

- HL000 tính tốn lượng dầu đi vào mạng lưới dẫn qua các ống và nhằm mục
đích tính tốn lưu lượng của dầu bên trong ống. Nếu dòng dầu chạy trong ống
mang dấu dương, áp lực sẽ tăng dần theo thời gian. Nếu dòng dầu chạy trong
ống mang dấu âm, áp lực sẽ giảm theo thời gian. Áp lực này sẽ tự động làm
mở van an toàn nếu cần thiết. Động cơ làm việc dựa theo truyền tải của các
điểm nút và các ống dẫn trực tiếp.
Bước 3: Hiệu chỉnh Parameters

- Chuyển sang chế độ Parameters

.
20

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Hiệu chỉnh các thông số của các phần tử theo bảng sau bằng cách kích đúp vào
phần tử được khai báo các thơng số, hoặc có thể click chuột phải vào phần tử
muốn thay đổi thông số và chọn Change Parameters.

Tên phần tử

Thông số

Giá trị

HL000

Chiều dài ống (m)

4

RL00

Hệ số cản nhớt động học
[Nm/(vòng/phút)]

0.02

- Click đúp vào giá trị muốn thay đổi để nhập thông số mới vào sao cho phù hợp
với u cầu.

21

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

22

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

Hình 2-7. Thông số của phần tử Hydraulic pipe – HL000 ( ống thủy lực)

- Bảng ở trên cho ta thấy các thông số của đường ống dẫn đầu tiên từ bơm
(HL000).Giải thích các thơng số của đường ống này ta có thể thấy có đường
kính của ống, chiều dài ống áp suất ở cổng một được đánh dấu ở mục initial
conditions.

- Click chọn vào biểu tượng dầu thủy lực

. Sẽ xuất hiện ra bảng như hình

II-7. Bảng này sẽ cho chúng ta biết các đặc tính của dầu thủy lực. Hiện tại

23

Khoa Cơ khí

XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

chúng ta đang thấy bảng này là những thông số mặc định của dầu thủy lực khi
ta mới mở phần mềm như mô đun đàn hồi, tên của chất lỏng, nhiệt độ dầu,…

Hình 2-8. Thơng số của dầu thủy lực

24

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -


Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

NCKH sinh viên 2019

- Để ý phần tử kê khai đầu tiên trong bảng là đặc tính của dầu thủy lực. Lựa
chọn tối ưu nhất khi thiết kế mạch thủy lực là sử dụng elementary.

- Khi đã thay đổi xong các thông số ta click chọn close để đóng bảng lại.

Bước 4: Chạy chương trình với lệnh Simulation

- Click chọn vào Simulation Mode

. Mặc định trong phần này sẽ sử dụng các

thông số đã được thay đổi theo phần Change Parameters theo bảng trên.

- Khi mạch của bạn bảo đảm rằng mạch thủy lực đã thơng suốt sẽ có hiện lên
bảng thơng báo, sau đó ta click chọn Close:

- Click chọn Start a simulation để thực hiện quá trình chạy của mạch thủy lực.
25

Khoa Cơ khí
XD

Bộ mơn MXD -