基于AMESim對(duì)電液控制閥的仿真研究

代彩彩，吳鳳彪

（1.中航工業(yè)太原航空儀表有限公司，山西 太原 030006；2.山西煤炭管理干部學(xué)院，山西 太原 030006）

0 引言

電液控制閥配備在液壓支架上，控制液壓支架的油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)推移刮板輸送機(jī)、拉架、升降立柱等。電液控制閥主要由電磁先導(dǎo)閥、主閥、單向閥和背壓閥組成，電磁先導(dǎo)閥對(duì)液壓回路的影響最大，而先導(dǎo)閥芯換位是由電磁鐵銜鐵的直線運(yùn)動(dòng)推動(dòng)的［1］。如果要保證電磁閥換向和復(fù)位電磁鐵的吸力特性與負(fù)載特性很好配合，必須使閥芯復(fù)位時(shí)的反力曲線低于復(fù)位彈簧的推力曲線、閥芯換向時(shí)的反力曲線低于電磁鐵的推力曲線。因此本文利用AMESim軟件對(duì)電磁先導(dǎo)閥特性進(jìn)行仿真研究。

1 AMESim軟件簡(jiǎn)介

AMESim軟件是由法國(guó)的IMAGINE公司開(kāi)發(fā)的建模與仿真軟件，為多學(xué)科領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)的建模仿真平臺(tái)。AMESim已經(jīng)成功應(yīng)用于航空航天、車輛、船舶、工程機(jī)械等多學(xué)科領(lǐng)域，成為包括流體、機(jī)械、熱分析、電氣、電磁以及控制等復(fù)雜系統(tǒng)建模和仿真的優(yōu)選平臺(tái)。

2 基于AMESim對(duì)電液控制閥的仿真

2.1 電液控制閥模型的建立

2.1.1 先導(dǎo)閥模型的建立

先導(dǎo)閥是兩位三通球閥，具有密封性好、反應(yīng)速度快、換向和復(fù)位所需力小等優(yōu)點(diǎn)［2］。磁球閥在小流量高壓系統(tǒng)里可直接控制主油路，在大流量系統(tǒng)中作為先導(dǎo)控制元件［3］。根據(jù)先導(dǎo)閥的機(jī)構(gòu)和原理，在AMESim模型庫(kù)中選擇1個(gè)BAP016模塊、2個(gè)BAP11模塊、2個(gè)BAP22模塊、1個(gè)MAS21模塊、1個(gè)液壓油特性模塊FP04、1個(gè)PS00模塊和1個(gè)HA000模塊。

2.1.2 主閥模型的建立

主閥是由兩個(gè)二位三通閥組成的三位四通閥，模型由帶彈簧的活塞、滑閥式主閥芯、質(zhì)量塊、帶固定塊的控制活塞和容積腔組成［4］。

在AMESim環(huán)境下建立的電液控制系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 電液控制系統(tǒng)仿真模型

2.2 虛擬仿真

高化基乳化液由體積分?jǐn)?shù)分別為95%的水和5%的液壓油配制而成［5］。乳化液參數(shù)設(shè)定如下：密度為998kg/m3，彈性模量為1.82×103MPa，動(dòng)力黏度為1.05Pa·s，飽和壓力為0.101 3MPa。將回油箱壓力設(shè)定為0MPa。

電磁鐵的參數(shù)設(shè)置如下：線圈匝數(shù)為3 052，初始?xì)庀稙?.8mm，阻值為100Ω。

恒壓源壓力為31.5MPa。

先導(dǎo)閥的參數(shù)設(shè)置如下：復(fù)位彈簧剛度為1.8N/mm，彈簧線徑為Φ0.5mm，彈簧外徑為Φ4.5mm，預(yù)壓縮力為6.3N，閥座孔徑為Φ6mm，先導(dǎo)閥的最大開(kāi)口度為0.26mm。

油缸直徑為Φ460mm，活塞直徑為Φ380mm，行程為2.5m。安全閥壓力為35MPa，杠桿元件設(shè)置為10∶1。

主閥的參數(shù)設(shè)置如下：進(jìn)液密封環(huán)內(nèi)、外徑分別為Φ17mm和Φ21.5mm，彈簧剛度為12.1mm，彈簧初始預(yù)緊力為72N，最大開(kāi)口度為8mm，控制活塞直徑為Φ17mm。

安全閥開(kāi)啟壓力為35MPa，壓力梯度為5×106［（L·min－1）/Pa］。

單向閥開(kāi)啟壓力為0.3MPa，壓力梯度為5×106［（L·min－1）/Pa］。

設(shè)置電磁鐵電源電壓為12VDC，12V直流電壓脈沖信號(hào)持續(xù)時(shí)間為2s。仿真運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為4s，精度為0.001，進(jìn)行仿真。圖2為先導(dǎo)閥閥芯位移曲線，圖3為先導(dǎo)閥工作口流量。

圖2 先導(dǎo)閥閥芯位移曲線

3 仿真結(jié)果與分析

由圖2可看出：閥芯有振蕩，其最大開(kāi)口度沖擊到了0.35mm，穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)口度為0.21mm，閥芯的響應(yīng)時(shí)間為0.19s，電磁鐵能使閥芯正常動(dòng)作。但是不斷的振蕩將影響閥芯的壽命，增大閥芯的開(kāi)口度，因此設(shè)計(jì)閥芯時(shí)應(yīng)盡量減小其振蕩。

圖3 先導(dǎo)閥工作口流量

由圖3可以看出：在0.19s左右閥芯全部打開(kāi)，0.132s左右電磁鐵的電磁力克服負(fù)載開(kāi)始動(dòng)作，穩(wěn)定流量為1.1L/min。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用AMESim軟件建立電液控制閥模型并進(jìn)行仿真，得到先導(dǎo)閥芯開(kāi)啟過(guò)程的工作流量和閥芯位移曲線。電磁鐵能滿足系統(tǒng)動(dòng)作的要求，系統(tǒng)可以正常工作。

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