仿真手段在液压控制组合研究中的可行性验证.pdf

2 0 1 5 年 4月 第 4 3卷 第 7期 机床与液压 MACHI NE T 00L ＆ HYDRAUL I CS Ap r ． 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 7 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 4 4 仿真手段在液压控制组合研究中的可行性验证 付 久长 ，王永 杰 ， 1 ． 6 3 9 8 1 部队，湖北武汉4 3 0 0 0 0 ； 2 ． - -6J L ，马涛 ，彭强 武汉军械 士官学校 ，湖北武汉 4 3 0 0 0 0 摘要针对液压控制组合内部液压特性在研究中难以测量的问题，提出利用仿真手段对液压控制组合进行研究的方法。 通过对某型液压控制组合的建模与仿真，并进行试验对比，证明了采用仿真手段对液压控制组合进行研究的正确性与可行性。 关键词液压控制组合；液压特性；仿真 中图分类号T P 2 7 1 ． 3 1 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 - 3 8 8 1 2 0 1 5 7 - 1 7 2 - 4 Fe a s i b i l i t y Ve r i f y i n g Te s t s o f S i mu l a t i o n M e t ho d i n S t ud y o f Hy dr a u l i c Va l v e Gr o up F U J i u c h a n g ， WA N G Y o n g j i e ，MA L o n g ，MA T a o ，P E N G Q i a n g 1 ． T r o o p s N o ． 6 3 9 8 1 P L A，Wu h a n Hu b e i 4 3 0 0 0 0， C h i n a ； 2 ． Wu h a n Mi l i t a r y Me c h a n i c a l C o l l e g e ， Wu h a n H u b e i 4 3 0 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e u s e o f s i mu l a t i o n me t h o d s t o s t u d y t h e h y d r a u l i c v a l v e g r o u p w a s p u t f o r wa r d，b y a i me d a t t h e p r o b l e m o f h y d r a u l i c v a l ue g r o up wh i c h i nt e r n a l h y dr a u l i c c ha r a c t e r i s t i c s we r e d i ffi c u l t t o me a s u r e i n t h e s t u d y．Mo d e l i n g a n d s i mul a t i o n o f t h e h y d r a u l i c v a l v e g r o u p w e r e p r e s e n t e d，a n d t e s t e d i n c o n t r a s t ． I t p r o v e s t h e c o r r e c t n e s s a n d f e a s i b i l i t y o f u s i n g s i mu l a t i o n me t h o d s t o s t u d y t h e h y d r a u l i c v a l v e g r o u p ． Ke y wo r d sHy dr a u l i c v a l v e g r o u p；Hy dr a ul i c c ha r a c t e r i s t i c s；Si mul a t i o n 0 前 言 液压控制组合是液压系统 中的常见构成方式， 液压控制组合 因体积小 、结构紧凑 、密封性好 、安装 方便⋯等优点，在各类重型机械及装备液压系统中 得到了广泛运用。但是液压控制组合也同时存在着 空间封闭、流道复杂 缺点 等缺点，这些缺点使 得采用实物对各类液压控制组合进行研究设计非常 困难和复杂。严重阻碍了各类液压控制组合的设计 实验速度和生产力 的提高 。 作者针对液压控制组合性能分析的难题，以某液压 系统调压调速组合为例，采用仿真方法对液压控制组合 的压力流量 陛能进行分析 ， 并通过多个实验证 明了采用 仿真方法对液压控制组合进行性能研究切实可行。 1 某型液压控制组合工作原理 某型液压控制组合原理如 图 1 所示 。该 液压控制 组合主要用于为液压 系统提供不同压力不同流量 的 油源 。液压元 件减 压 阀 A 1 、节 流 阀 A 2 、节 流阀 B 6 、截止 阀 7 ，构 成 了一个 有两 个不 同 挡位 的双级 调速 阀，通 过控制 截止 阀 7 的通断 ， 可 以增加 或 减少 双极 调 速 阀的通 流截 面 ，从 而 为系 统提供不同的流量。减压阀 3 用于调整液压油出 口A的压力，通过控制与其并联的电磁换 向阀 5 的通断，可以决定液压油是否经过减压阀 3 进行 减压 ，从 而起 到 为系 统提 供不 同压力 的 目的。这种 连接形式 ，使得 该 液压 组合 达 到 了为液 压 系统 提供 不同压力不同流量液压油的目的。 A l 一 减 压 MA 2 一 节流 阀A 3 一 减压 阀B 4 一单 向阀5 一 电磁抉 向阀 每 一节流MB 7 一截止阀 图 1 液压控制组合原理图 2 仿 真模 型 的建 立 2 ． 1 双级调速阀建模 双级调 速阀减 压阀阀芯运动微分方程 为 P l- P 2 譬 一 譬 耵 一 F ．1 F s2 M 0 x 。 K 2 。 式 中M。 为减压模块 阀芯质量 ；P 为双级调速 阀减压 模块 出 口压 力 ； P 为双级调速阀出油 E l 压力 ； D 。 为减 压模块阀芯直径大端外径；D 为减压模块 阀芯直径 大端 内径； F F 为减压模块弹簧预紧力； 。 为阀芯 位移；K s ，K s 分别为两弹簧弹性系数。 双级调速阀流量方程 小流量模式下 收 稿 日期 2 0 1 4 0 3 2 4 作者简介付久长 1 9 8 7 一 ，男 ，硕士 ，研究方向为液压系统仿真。E ma i l f u j i u c h a n g 2 0 0 8 l i v e ． c a 。 第 7 期 付久长 等仿真手段在液压控制组合研究中的可行性验证 1 7 5 罨 ‘R 幽 - 图 6 实验 2 压力数据 _ ] ． ． 1 ． 皇 矗 ● 已 谪 壤 - 。 加 碍 。 。 b 流 量 仿真 结 果 图 7 实验 2流量数据 从实验数据可以看出，在电磁换向阀换 向的瞬 间和液压缸伸出到位的瞬间，都存在液压冲击 ，尤其 在两次液压缸伸出到位后形成的液压冲击更为明显。 相比两次液压缸伸出到位后形成 的液压冲击 ，液压 缸在大流量下形成的压力峰值更高，这是因为在大 流量模式下 ，液压缸的伸出速度更快。 值得说明的是，仿真步长为实验 1仿真步长的 1 ／ 1 0 ，从两次实验的仿真数据中可以看出，实验 2的 仿真结果在一定程度上体现 出了液压 冲击现象。两 个实验仿真结果说明，通过提高仿真的计算精度，可 以最大程度地模拟出液压系统的真实状态。 3 ． 3 ． 3 误差分析 这里对各阶段的压力和流量实验结果求平均值， 和仿真结果进行对 比。该实验的压力流量对比及误 差分析如表 2 所示。 表 2 实验 2误差分析 该实验对压力和流量都进行 了测量 ，通过对 比 可以看 出 ，整 体 的误 差 同 样分 布 不 均。这 主要 是 因 为在实验过程 中，各液压元件采用 软管连接，软管 的弯曲程度及软管的长度在一定程度上对软管的压 降产生了一定的影 响。该实验中压力误差要 高于流 量误差 。这是 因为 流量 传感 器 安装 在 齿轮 泵 出油 口 处 ，受到 的积 累误 差较 小 。对 于 一般 研 究性 问题 来 说 ，模型的可信度达到 8 5 ％就认为模型是普遍有效 的 。考虑到 整个 实 验 系统 中个 别 元件 实 际 性能 已 低于出厂参数 ，连接管路及接头造成的压降以及液 压控制组合结构的复杂，仿真结果与实验结果 的误 差在可 以接受 的范围之 内，说 明了仿真模 型的正 确性 。 液压组合 由于其封闭性 ，在实际研究中只有进 油口和出油 口的压力流量信号容易测量。文中通过 两组实验证 明了液压控制组合仿 真模 型的正确性。 通过仿真模 型，不但可以对液压控制组合易测量部 位的信号进行测量，更可以对在实物上无法进行测 量的部位 进行 仿 真 ，通 过仿 真 得 出需 研究 部 位 的各 类研究数据 ，降低研究成本 ，提高研究效率。 4小 结 以液压组合整体为研究对象 ，针对组合内部特 性不易测量 的问题 ，提 出 了采 用 仿真 手段 对 液压 组 合进行研究 的方法。基于某液压控制组合和液压实 验台建立了液压控制组合的实验系统。在此基础上 ， 以该液压控制 组 合 为基本 液 压元 件分 别 设计 了模 拟 油缸在有负载和无负载情况下的伸出实验。两次实 验结果对 比表明，采用更小的仿真步长可以得到更 精确的仿真结果。通过对两次验证实验的误差分析 ， 说明仿真结果与实验结果误差在可接受的范围之内， 证明了采用仿真手段对液压控制组合进行研究的可 行性与正确性 。 参 考文 献 [ 1 ]李强， 邓子龙 ， 奚文． 液压集成块典型孔道结构压力损失 分析[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 1 3 6 4 3 4 9 ． [ 2 ]贺尚红， 钟掘． 管道流体的瞬态仿真模型[ J ] ． 中南工业 大学学报， 2 0 0 0， 3 1 2 1 7 3 -1 7 6 ． [ 3 ]王维平． 仿真模型有效性确认与验证[ M] ． 长沙 国防科 技大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． [ 4 ]孟爱红， 王治中， 宋建， 等． 汽车 E S P液压控制单元关键部 件建模与系统仿真[ J ] ． 农业机械学报， 2 0 1 3 ， 4 4 2 1 - 5 ．