基于AMESim对电液控制阀的仿真研究.pdf

第 2 期 总第 1 8 3期 2 0 1 4年 0 4月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAL ENGl NEERl NG AUT M ATl N NO． 2 Ap r ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 2 0 0 6 4 0 2 基于 AME S i m 对 电液控制 阀的仿真研究 代 彩 彩 ，吴 凤 彪 1 ． 中航工业太原航空仪表有 限公 司，山西 太原0 3 0 0 0 6 ；2 ． 山西煤炭管理干部学院， 山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 对 电液控制 阀进行建模分析，利用 AME S i m软 件建立 电磁铁 、电磁 先导 阀和 主 闽组成的 系统 仿真模 型，设置参数对 系统进行仿真研究，分析 仿真结果验证 了系统 能正常工作并满足性 能要求。 关键词 AME S i m；电液控制阀；仿真 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 T H1 3 7 ． 5 2 文献标识码 A 0 引言 电液控制阀配备在液压支架上 ， 控制液压支架 的 油缸动作 ， 实现推移刮板输送机 、 拉架、 升降 立柱等。 电液控制阀主要 由电磁先导阀、 主阀、 单 向阀和背压 阀 组成 ， 电磁先导阀对液压回路的影响最大， 而先导阀芯 换位是由电磁铁衔铁的直线运动推动的 ] 。如果要保 证 电磁阀换 向和复位电磁铁的吸力特性与负载特性很 好配合 ， 必须使阀芯复位时的反力曲线低于复位弹簧 的推力曲线、 阀芯换 向时的反力曲线低于电磁铁 的推 力 曲线。因此本文利用 AME S i m软件对 电磁先导 阀 特性进行仿真研究。 1 A ME S i m 软件简 介 AME S i m软件是 由法 国的 I MAGI NE公 司开发 的建模与仿真软件， 为多学科领域复杂系统 的建模仿 真平台。AME S i m 已经成功应用于航空航天、 车辆 、 船舶、 工程机械等多学科领域 ， 成为包括流体、 机械、 热 分析、 电气、 电磁以及控制等复杂系统建模和仿真的优 选 平 台 。 2 基 于 AME S i m 对 电液控 制阀的 仿真 2 ． 1 电液控 制 阀模 型 的建立 2 ． 1 ． 1 先导 阀模 型 的建立 先导阀是两位三通球阀， 具有密封性好、 反应速度 快、 换向和复位所需力小 等优点[ 2 ] 。磁球 阀在小流量 高压系统里可直接控制主油路， 在大流量系统中作为 先 导 控 制 元 件L 3 ] 。根 据 先 导 阀 的机 构 和原 理 ， 在 AME S i m 模 型 库 中选 择 1个 B AP 0 1 6模 块 、 2个 B AP 1 1 模 块、 2个 B AP 2 2模块 、 1个 MAS 2 1模块 、 1 个液 压 油 特性 模 块 F P 0 4 、 1个 P S 0 0模 块 和 1个 HA0 0 0 模 块 。 2 ． 1 ． 2 主阀模型的建立 主阀是由两个二位三通 阀组成 的三位四通 阀， 模 型由带弹簧的活塞、 滑 阀式主阀芯 、 质量块、 带固定块 的控制活塞和容积腔组成口 ] 。 在 AME S i m环境下建立的电液控制系统模 型如 图 l 所 示 。 图 l 电液 控 制 系 统仿 翼 模 型 2 ． 2 虚 拟仿 真 高化基乳化液由体积分数分别为 9 5 的水和 5 ％ 的液压油配制而成 ] 。乳化液参数设定如下 密度 为 9 9 8 k g ／ m ， 弹性模量为 1 ． 8 2 x 1 0 。 MP a ， 动力黏度 为 1 ． 0 5 P a S ， 饱和压力为 0 ． 1 0 1 3 MP a 。将回油箱压力 设定 为 0 MP a 。 收稿 H期 2 0 1 3 0 7 2 2 ；修 回日期 2 O 1 3 1 O 一 2 O 作 者简介 代彩 彩 1 9 8 4 一 ，女 ，山西太原人 ，助理工程 师，硕 士，主要从事航空类仪表和机械系统动力学方面的研究和设计工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 2期 代彩彩 ， 等 基于 AME S i m 对 电液控制 阀的仿 真研 究 6 5 电磁铁的参数设置如下 线圈匝数为 3 0 5 2 ， 初始 气隙为2 ． 8 1T I 1 T I ， 阻值为 1 0 0 n。 恒压源压力为 8 1 ． 5 MP a 。 先导阀的参数设置如下 复位弹簧刚度为 1 ． 8 N／ mm， 弹簧线径为 O ． 5 mi D - ， 弹簧外径为 4 ． 5 mm， 预 压缩力为 6 ． 3 N， 阀座孔径为 6 mm， 先导阀的最大开 口度 为0 ． 2 6 mm。 油缸直径为 4 6 0 mm， 活塞直径为 3 8 0 mm， 行 程为 2 ． 5 m。安全阀压力为 3 5 MP a ， 杠杆元件设置为 1 0 1。 主阀的参数设置如下 进液密封环内、 外径分别为 1 7 mm 和 2 1 ． 5 mi D ． ， 弹簧刚度为 1 2 ． 1 mm， 弹簧初 始预紧力为 7 2 N， 最大开 口度为 8 mi t t ， 控制活塞直径 为 l 7 1 T i m。 安全阀开启 压力为 3 5 MP a ， 压力梯度 为 5 1 O 。 [ L mi n ～ ／ P a l 。 单向阀开启压力为 0 ． 3 MP a ， 压力梯度为 5 1 0 [ L r n i n - 1 ／ P a l 。 设置电磁铁电源电压为 1 2 V D C， 1 2 V直流电压 脉冲信号持续时间为 2 S 。仿真运行 时间设置为 4 S ， 精度为 0 ． 0 0 1 ， 进行仿真 。图 2为先导阀阀芯位移 曲 线 ， 图 3为先 导 阀工作 口流 量 。 0 ． 4 0 冒 0 ． 3 0 ＼ 驾 0 ． 2 0 U 隶 均0 ． 1 0 庭 | ‘ ／ l 、 ～ √ } ／ O ．1 3 0 ．1 4 0．1 5 0 ．1 6 0． 1 7 0．1 8 0 ．1 9 0． 2 0 0． 21 时间／ s 图 2先导 阀阀芯位移 曲线 3仿 真结 果与 分析 由图 2可看出 阀芯有振荡， 其最大开 口度冲击到 了 0 ． 3 5 mm， 稳定时的开 口度为 0 ． 2 1 mm， 阀芯的响 应时间为 0 ． 1 9 S ， 电磁铁能使 阀芯正常动作 。但是不 断的振荡将影响阀芯的寿命 ， 增大阀芯的开 口度 ， 因此 设计阀芯时应尽量减小其振荡。 l e- ‘ 昌 ● ＼ 嘟l 爆 Ⅱ H 座 帅 米 1 ． 8 I _ 5 1 ． 2 O． 9 O． 3 O． O O l ＼ { ／ ／ 时间 ／ 图 3 先导 阀工作口流量 由 图 3可 以看 出 在 0 ． 1 9 S左 右 阀 芯全 部 打 开 ， 0 ． 1 3 2 S 左右电磁铁的电磁力克服负载开始动作 ， 稳定 流量 为 1 ． 1 L ／ mi n 。 4结 论 本文运用 AME S i m 软件建立电液控制 阀模型并 进行仿真， 得到先导阀芯开启过程的工作流量和阀芯 位移 曲线。电磁铁能满足系统动作的要求， 系统可以 正常工作。 参考文献 [ 1 ] 刘培云， 戴智． 电液控制系统在液压支架中的应用[ J ] ． 煤 业 快报 ， 2 0 0 5 2 3 9 - 4 0 ． [ 2 ] 李首滨． 国产液压支架电液控制系统国产化研究[ J ] ． 中 州煤炭 ． 2 0 0 6 5 1 4 1 6 ． [ 3 ] 刘 博． 液压支架用 电磁先导 阀的设计[ J ] ． 矿 山机械 ， 2 0 0 9 4 1 5 - 1 9 ． [ 4 ] 王德春 ． 采煤机液压系统 的改进设计[ J ] ． 煤炭 技术 ， 2 0 0 6 6 2 4 2 6 ． [ 5 ] 李小军 ， 龙先江 ， 张 庆安． D THZ - 2 0矿用本 质安全 型用 电 磁铁 [ J ] ． 工 程 自动化 。 2 0 1 0 9 1 5 1 8 ． El e c t r o - h y d r a u l i c Co n t r o l Va l v e S i m u l a t i o n Ba s e d 0 n AM ES i m DAI Ca i - c ai ．W U Fe ng - b i a o 。 1 ． AVI C Ta i y u a n Av i a t i o n I n s t r u me n t C o ．，Lt L，T a iy u a n 0 3 0 0 0 6，Ch i n a ；2 ．S h a n x i C o a l M i n i n g Ad mi n i s t r a t o r s C ol l e g e，T a iy u a n 03 0 0 0 6 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th e mo d e l o f a n e l e c t r o - h y d r a u l i c c o n t r o l v a l v e i s s e t u p b y u s e o f A M E S i m s o f t wa r e ．wh i c h i n l e u d i n g e l e c t r o m a g n e t ， e l e c t r o m a g n e t i c p i l o t v a l v e a n d ma i n v a l v e ． B y s e t t i n g t h e p a r a me t e r s o f t h e s y s t e m ， t h e s i mu l a t i o n a n a l y s i s i s c a r r i e d o n ． Th e s i mu l a t i o n r e s u l t s v e r i f y t h a t t h e s y s t e m c a n wo r k we l 1 ． Ke y wo r d s AM E S - m；e l e c t r o h y d r a u l i c c o n t r o l v a l v e ；s i mu l a t i o n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m