先导式电液比例溢流阀的动态特性研究

１０４　液压与气动　２０１２年第３期　先导式电液比例溢流阀的动态特性研究　郜立焕　，于群　，潘永琦　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｐｉｌｏｔ　Ｏｐｅｒａｔｅｄ　Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｌｉｅｆ　Ｖａｌｖｅ　ＧＡＯ　Ｌｉ—ｈｕａｎ　，ＹＵ　Ｑｕｎ　，ＰＡＮ　Ｙｏｎｇ—ｑｉ　（１．兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃兰州７３００５０；２．一拖（洛阳）柴油机有限公司，河南洛阳４７１００３）　摘　要：以先导式电液比例溢流阀为研究对象，并结合其工作原理建立仿真模型，对先导式电液比例溢　流阀动态特性进行研究分析。通过改变主阀上腔容积和固定阻尼孔尺　和Ｒ２的孔径对溢流阀主阀口进口压　力，先导阀口压力动态仿真曲线进行比较与分析，为溢流阀的研究设计和性能优化提供参考依据。　关键词：阻尼孔；电液比例溢流阀；主阀上腔容积　中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１２）０３－０１０４－０３　１　引言　力、物力和时间。　压力控制是液压技术中一个重要的研究方向，溢　随着现代科学、计算机技术及仿真理论的迅速发　展，设计手段日趋先进。在工程系统的设计中，使用计　流阀作为液压系统中必不可少的压力控制元件，将系　统的压力稳定在调定值是其主要作用之一。常规的溢　算机对实际系统的动态特性进行数字仿真成为设计和　研发的主流。在计算机上进行进行仿真，研究实际物　理系统的各种工作状况，确定最佳匹配参数，使得系统　和元部件的设计缺陷在产品加工成型之前暴露出来，　流阀大多通过手动的调压螺钉调整弹簧对预压缩量进　行调压，而电液比例溢流阀是采用比例电磁铁代替手　动的弹簧力调节组件。　电液比例控制阀由于能与电子控制装置组合在一　起，可以十分方便地对各种输入、输出信号进行运算和　处理，实现复杂的控制功能。同时它具有抗污染、响应　较快的优点。在液压控制工程中获得越来越广泛的　应用　Ｊ。　分析缺陷产生的原因并优化设计，大大降低了开发成　本和缩短了开发周期。正是由于这种优越性，仿真技　术正逐渐被各工程领域采用。ＡＭＥｓｉｍ为机械、流体　动力和控制系统提供了一个完善、优越的仿真环境及　灵活的解决方案，使用户能够借助其友好的、面向实际　收稿日期：２０１１－０９－２２　作者简介：郜立焕（１９５０一），男，河南沁阳人，副教授，主要从　传统的设计方法主要是凭借工程师自身的知识和　经验，利用真实的元部件构建一个动态系统，在此系统　上进行实验，研究结构参数对系统动态特性的影响，以　此来完成设计任务。用传统的方法进行参数调节比较　困难，一次成功的把握性很小，而且需要投量的人　｛｝｛．｝＊＋｝手｝｛｝　｝｛｝—＊—剞一＊＊＊＊　事流体传动与控制（液压）、工程机械、在线状态监测与故障诊　断方面的教学与科研工作。　＊＊＊“一｛÷＊｛÷　及压力分布有直接的关系；　（２）在挡板位置能量耗散最大，是能量损失最大　研究［Ｊ］．机床与液压，２００７，（１）：１４８—１５０．　［２］　陈召国，丁凡，蔡悦华．单级双喷嘴挡板电液伺服阀的特　性研究［Ｊ］．机床与液压，２００７，（４）：１１４—１１６．　［３］　龙靖字．杨阳，等．基于Ｆｌｕｅｎｔ的双喷嘴挡板电液伺服阀　的位置。由于有能量损失的存在，从而导致流体有一　定的温升；　（３）此研究方法及结论对纯水液压元件的理论和　应用研究具有很好的参考价值，对纯水液压元件进行　流场结构的优化设计具有实际意义。　参考文献：　主阀流场的可视化仿真［Ｊ］．武汉科技大学学报，２０１０，　（３）：３０７—３０９．　［４］王福军．计算流体动力学分析［Ｍ］．北京：清华大学出版　社，２００４．　［５］韩占忠，等．Ｆｌｕｅｎｔ流体工程仿真计算实例与应用［Ｍ］．　北京：北京理工大学出版社，２００４．　［１］　杨国来，叶清，林男．纯水液压锥阀阀口流场气穴的ＣＦＤ　２０１２年第３翔　液压与气动　ｌ０５　应用的方案来研究任何元件或回路的动力学特性　』。　２先导式电液比例溢流阀的工作原理与仿真　２．１　先导式溢流阀的工作原理　液压模型：在ＡＭＥｓｉｍ的方案模式中选择Ｓｉｇｎａｌ，　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｏｂｓｅｒｖｅｒｓ库、Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ库、Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ库和　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｄｅｓｉｇｎ库，根据比例溢流阀的工　先导式电液比例溢流阀的工作原理如图１所示。　其中，先导级是一个直动式比例溢流阀。当比例电磁　铁通电时，它直接施加一个力作用在先导阀芯上。先　作原理建立模型，如图４所示。　导压力油经阻尼孔Ｒ　分成两股，一股经阻尼孔　作　用在主阀芯上腔，另一股经节流口　作用在先导阀芯　上。只要先导油的压力不足以使先导阀芯打开，主阀芯　上下腔的压力就相等，从而主阀芯保持关闭状态。当　系统压力超过比例电磁铁的设定值，先导阀芯开启。主　阀芯上部的压力由于阻尼孔Ｒ　的作用而下降，导致主　阀芯开启，实现溢流作用。　１、９、１１．压缩容积２、８．油箱３．主阀芯４．主阀芯质量　５．先导阀芯１Ｏ．固定阻尼孔　６．位移传感器７．先导阀芯质量　１３．固定阻尼孑Ｌ　Ｒ１　１２．主阀弹簧腔图４比例溢流阀的ａｍｅｓｉｍ模型　在ＡＭＥｓｉｍ中通过使用批参数和批运行命令改变　主阀上腔的容积和阻尼孔的直径，得到仿真曲线，如图　５～１０所示（图中　＞ｌ／２＞Ｖｌ，Ｄ　＞Ｄ２＞Ｄ１）。　３仿真结果分析及结论　从图３可以看出，输入阶跃信号，电流ｉ在０．０３　Ｓ　图１　普通先导式电液比例溢流阀结构简图　达到稳定状态。在一定范围内，随着固定阻尼孔｜Ｒ　孔　径的增加，阻尼孔的阻滞作用减弱，阀的压力振荡次数　１６０　１４０　２．２建立模型及仿真　如图２所示，在ｍａｔｌａｂ的ｓｉｍｕｌｉｎｋ里建立电磁部　分的模型，电磁模型　Ｊ：比例电磁铁的输出力为：　Ｆｄ＝　１ｉ＋ｋ２ｙ　（１）　×６Ｏ　４Ｏ　式中：ｋ　为比例电磁铁的电流一力增益；ｉ为线圈中的　电流；　：为比例电磁铁的位移一力增益；　是衔铁位移。　如图３所示，线圈的动态方程可简写为：　：　３　一（ｋ３ｋ４＋尺）ｉ　（２）　善　式中：　为线圈电感；ｋ，为放大器电压放大系数；Ｕ为输　入放大器的电压；ｋ　为比例电磁铁的电流反馈增益。　出　Ｓｔｅｐ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｏｎ　Ｓｏｏｐｅ　口Ｊ　图６阻尼孔Ｒ。的孔径对主阀进口压力的影响　１　图２　电磁部分的ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型　妻　奋　０．Ｏ０　０．１０　０－２０　０ｌ３Ｏ　Ｏ．４Ｏ　０．５０　ｔ　时间／ｓ　图３电流ｉ达到稳定的时间曲线　图７　改变主阀芯上腔容积对先导阀进口压力的影晌　１０６　液压与气动　２０１２年第３期　某厂２｝｝加热炉步进梁液　压系　统改造　付曙光　，纪海燕　，邓江洪　，张飞　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｗａｌｋｉｎｇ　Ｂｅａｍ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　２＃Ｈｅａｔｉｎｇ—ｆｕｒｎａｃｅ　ＦＵ　Ｓｈｕ—ｇｕａｎｇ　，ＪＩ　Ｈａｉ—ｙａｈ　，ＤＥＮＧ　Ｊｉａｎｇ—ｈｏｎｇ　，ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｉ　（１．武汉科技大学，湖北武汉４３００８１；　１００１９０；　４３００８２）　２．国家知识产权局专利局专利审查协作北京中　，北京海淀３．武汉钢铁股份有限公司热轧厂，湖北武汉摘要：根据该厂２＃加热炉步进梁液压系统的工艺特点，结合其存在的问题，提出了改造方案，设计了　新的液压系统并实施。同时对相关电气系统、控制系统进行了改造。生产实际情况表明，改造后的系统在控　制精度、运行周期等方面有了很大提高。　关键词：加热炉；步进梁液压系统；改造　中图分类号：ＴＨ１３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１２）０３－０１０６－０３　引言　１　原系统的工艺特点及存在的问题　１．１　工艺特点　某厂１７００热轧线２＃加热炉建造于２０世纪７０年　代末。该加热炉步进梁液压系统运行多年，部分液压　板坯在加热炉里的移动是通过固定梁和载有钢坯　收稿日期：２０１１－０９－１３　作者简介：付曙光（１９８０一），男，河北唐山人，博士研究生，主　要从事流体传动与控制方面的研究工作。　１６Ｏ　元件已淘汰、故障率高，备件组织困难，且控制方式落　后，控制精度低，严重制约了该厂产品产量的提升和质　量的提高，急需改造。　】８０　日１４０　皇：　２　８０　×６Ｏ　４Ｏ　出２０　Ｏ　０．００　０．１０　０．２０　０．３０　０．４０　０．５０　时间／ｓ　１８０　图１Ｏ改变固定阻尼子ＬＲ：的直径对先导阀进口压力的影响　阀的影响很／Ｊ、。　２１００　×８０　参考文献：　［１］黎启柏．电液比例控制与数字控制系统［Ｍ］．北京：机械　Ｏ　０．００　０．１０　０．２０　０．３Ｏ　０．４０　０．５０　工业出版社，１９９７．　时问／ｓ　［２］　付永玲，祁晓野．ＡＭＥｓｉｍ系统建模和仿真一从入门到精　通［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００６．　［３］　姚佳．基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的电液比例溢流阀频响仿真［Ｊ］．机　床与液压，２００９，（２）．　图９改变固定阻尼孔　：直径对主阀进口压力的影响　增加　；随着主阀芯上腔的容积增大，先导阀和主阀　进口压力达到稳定的时间增长，超调量减小；随着固定　阻尼孑Ｌ　Ｒ　孔径的增加，主阀进口压力超调量减小，达　［４］　Ｋ．Ｄａｓｇｕｐｔａ，Ｒ．Ｋａｒｍａｋａｒ．Ｄｙｎａｍｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｐｉｌｏｔ　ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ［Ｊ］．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｐｒａｃｔｉｓｅ　ａｎｄ　Ｔｈｅｏｒｙ，２００２，（１Ｏ）．　到稳定的时间减小，固定阻尼孔　孔径的增加对先导