基于AMESim 的電液伺服閥試驗(yàn)和仿真研究

李樹成，徐銀麗，劉念

(中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計(jì)及測試技術(shù)研究所空氣動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽621000)

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，仿真分析已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要手段。在液壓伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)涉及到電液伺服閥，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響非常大。為此利用AMESim 軟件針對(duì)電液伺服閥進(jìn)行了液壓仿真研究。通過比較試驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù)，結(jié)果基本一致，證明了液壓仿真的有效性。

1 電液伺服閥試驗(yàn)

液壓試驗(yàn)室的電液伺服閥靜態(tài)特性試驗(yàn)臺(tái)可用于測量伺服閥的空載流量特性、壓力特性、靜耗流量特性(亦為內(nèi)泄漏特性)等靜態(tài)特性，滿足航標(biāo)《HB5610-80 電液伺服閥通用技術(shù)條件》和《ISO/TC131DP6404 電液伺服閥試驗(yàn)方法》規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)要求。

電液伺服閥靜態(tài)特性試驗(yàn)的液壓及測試系統(tǒng)原理圖見圖1。測量系統(tǒng)的軟件界面如圖2 所示。

圖1 電液伺服閥試驗(yàn)臺(tái)液壓及測試系統(tǒng)原理圖

圖2 液壓伺服控制閥測量系統(tǒng)軟件界面

根據(jù)《ISO/TC131DP6404 電液伺服閥試驗(yàn)方法》規(guī)定的靜態(tài)試驗(yàn)要求進(jìn)行試驗(yàn)。

空載流量特性曲線如圖3 所示，壓力特性曲線數(shù)據(jù)如圖4 所示，內(nèi)部泄漏特性曲線數(shù)據(jù)如圖5 所示。

圖3 空載流量特性曲線

圖4 壓力特性曲線

圖5 內(nèi)部泄漏特性曲線

2 電液伺服閥仿真研究

2.1 電液伺服閥的結(jié)構(gòu)原理

電液伺服閥作為液壓伺服系統(tǒng)的核心，既是電液轉(zhuǎn)換元件，也是功率放大元件，它能夠?qū)⑿」β实妮斎腚娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓能 (流量與壓力)輸出，在伺服系統(tǒng)中，將電氣部分與液壓部分連接起來，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大。電液伺服閥結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，典型的噴嘴擋板式電液伺服閥如圖6 所示。

圖6 噴嘴擋板式電液伺服閥

2.2 建立電液伺服閥模型

AMESim 軟件中的專業(yè)庫沒有電液伺服閥的模型，為此，作者利用液壓庫、液壓元件設(shè)計(jì)庫等專業(yè)庫來搭建電液伺服閥的仿真模型。作者選用試驗(yàn)室里609 研究所106 系列的伺服閥進(jìn)行仿真。

電液伺服閥整體模型如圖7 所示。

圖7 電液伺服閥整體模型

2.3 參數(shù)設(shè)置

電液伺服閥仿真模型參數(shù)設(shè)置如表1 所示。

表1 電液伺服閥仿真模型參數(shù)設(shè)置

2.4運(yùn) 行結(jié)果

仿真時(shí)間設(shè)置:運(yùn)行10 s，每步0.01 s。仿真結(jié)果如圖8—10。

圖8 空載流量特性曲線

圖9 壓力特性曲線

圖10 內(nèi)泄漏特性曲線

2.5 結(jié)果分析

比較試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù):

(1)由空載流量特性曲線可得出:仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的額定流量相同;仿真數(shù)據(jù)的滯環(huán)較小于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這與仿真的簡化有關(guān)。

(2)由壓力特性曲線可得出:試驗(yàn)中電流達(dá)到2 mA 時(shí)，壓力達(dá)到最大為6.0 MPa，電流達(dá)到－2 mA時(shí)，壓力達(dá)到最小為－6.3 MPa;仿真中電流達(dá)到1.5 mA 時(shí)，壓力達(dá)到最大為7.0 MPa，電流達(dá)到－1.5 mA時(shí)，壓力達(dá)到最小為－7.0 MPa。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)閷?shí)際的試驗(yàn)臺(tái)供油壓力為7 MPa，系統(tǒng)管路有一定壓降。仿真均為理想化的狀態(tài)。

(3)由內(nèi)泄漏特性曲線可以得出:試驗(yàn)數(shù)據(jù)中超過0.2 L/min 的為基本內(nèi)泄漏，在電流為0 時(shí)，內(nèi)部泄流量最大，為1.2 和1.3 L/min，基本內(nèi)泄漏為伺服閥閥芯和閥套之間的間隙形成的，兩個(gè)最大值是由于電流從負(fù)值到正值和從正值到負(fù)值的滯后形成的。仿真數(shù)據(jù)較為理想，內(nèi)泄漏最大值約為1.25 L/min。

(4)由上面可以看出:由于實(shí)際試驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)會(huì)受到影響，仿真實(shí)驗(yàn)無法全面考慮所有的干擾因素，只能做近似的簡化，故仿真數(shù)據(jù)較理想化?？偟膩碚f，仿真實(shí)驗(yàn)已經(jīng)較好地模擬了電液伺服閥的性能，完全可以作為液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論參考。

3 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)和仿真研究，說明液壓仿真技術(shù)是液壓系統(tǒng)或元件設(shè)計(jì)階段的有效手段，在實(shí)際工作中，事先利用液壓仿真技術(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行整體分析和評(píng)估，可以優(yōu)化系統(tǒng)、縮短設(shè)計(jì)周期和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

【1】付永領(lǐng)，祁曉野.LMS Imagine.LabAMESim 系統(tǒng)建模和仿真:參考手冊(cè)［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2011.

【2】田源道.電液伺服閥技術(shù)［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2008.

【3】李成功，和彥淼.液壓系統(tǒng)建模與仿真分析［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2008.

【4】付永領(lǐng).LMS Imagine.LabAMESim 系統(tǒng)建模和仿真:實(shí)例教程［M］.北京:北京航天航空大學(xué)出版社，2011.

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