基于AMESim的定差减压阀建模与仿真

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

定差减压阀-般是指进、出口压力差保持定值的减压阀，通过定差减压阀可改变节流阀口的补偿调节作用，使节流孔两端压差和通过流量基本保持恒定。定差减压阀主要用在节流调速系统中，当负载力或油源压力变化时，由于定差减压阀的补偿作用，使节流阀两端压差和流量基本保持不变，从而得到很高的调速刚性。

笔者根据定差减压阀的结构原理 ，运用仿真软件AMESim对其进行建模，依据国外标准产品的参数来设置模型的各项参数并进行仿真，根据仿真结果来验证所建模型的正确性，从而为阀的结构参数和控制器参数的优化设计提供了条件。

1 定差减压阀的工作原理定差减压阀的结构如图 l所示，该阀由主阀和先导阀两部分组成。当控制口K处压力为零时，减压阀不工作，阀芯处于唱状态。当控制口K处的压力减小时，主阀芯上移，阀口流量减小，压降增大，出口压力就降低。当控制I：1 K处的压力增大时，推动主阀芯下降，阀口流量增大，压降就降低，减压阀出口压力就增加。由此可见，定差减压阀的出口压力随控制口处的压力增大而增大，减小而减校当定差减压阀正常工作时，作用在主阀芯上的力是平衡的。设 A为主阀芯上、下端的面积 ，F 为弹簧力，F 为阀芯重力， 为阀芯上的稳态液动力，F 为摩擦力 ，P 为主阀芯下端 的压力，P。为主阀芯上端的压力，则主阀芯上的力平衡方程为：PlAFs-F F FrP2A 。 (1)设 K 为主阀芯的弹簧刚度， 为阀芯的开口量X -0时的弹簧预压缩量，则阀芯开口量为 时的弹簧力可表示为：F -K ( -zR)。 (2)将式(2)代入式(1)并略去阀芯摩擦力、自重和稳态液动力 ，得 ：P1A-K ( -3CR)P2A 。 (3)1-阀座2-内六角圆柱头螺钉 ，3-主阀体 ；4-锥闽体 ；5-节流器；6-锥阀芯；7-调节手轮；8-主阀芯图 1 定差减压阀的结构由于弹簧的变形量 (即阀芯 的开 口量 )z 相对于弹簧的预压缩量z 可以忽略不计，所以公式(3)可简化为：P -警 。(4)由公式(4)可以看出，主阀芯上 、下两端的压力是由弹簧刚度、预压缩量及主阀芯端面面积等结构参数决定的，所 以-旦阀设计完成后，则主 阀芯上、下两端的压差即为定值。由于流过整个阀的出油口与油控口的流量与流过阀芯上、下两端的流量相等，由流量公式可知，阀的出油口与油控口的压差为主阀芯上、下压差的倍数关系，而主阀芯上、下两端压差为恒值，所以阀的出油口与油控口的压差也为恒值，即实现了压差恒收稿日期：2013-03-11；修回t3期：2013-04-18作者简介：张力 (1986-)，男，河南焦作人，在读硕士研究生，主要研究方向为液压传动技术。

2013年第 5期 张力，等：基于 AMESim的定差减压阀建模与仿真 · 59 ·值控制。

2 定差减压阀的AMESim建模仿真及结果分析2.1 模型的建立定差减压阀主要由主阀和先导阀两部分组成，主阀采用的阀芯结构是滑阀式的，先导阀采用的阀芯结构是锥阀式的。由于本文中设计的新型定差减压阀，在 AMESim中的 Hydraulic元件库中没有结构相同的元件 ，因此运用 Hydraulic Component Design库 的基本元件搭建新的定差减压阀的结构图，如图2所示。

图 2 定 差减 压阀的仿翼模型2.2 仿真参数的设置搭建好减压阀的模型，设置好子模型后，需要在AMESim环境参数设置中为各部分元件和子模型设置参数 ：主阀芯直径为 4 mm；缸体的腔长为 10 mml减压阀出口阻尼孔直径为 .5 mm；控制口阻尼孔直径为中1.8 inln；主阀芯阻尼孔直径为 l mmi主弹簧与先导阀之间的阻尼孑L直径为 .5 mm；阀的最大开口量为4 mm；主阀弹簧的刚度为 1O.7 N/mm，初始位移的弹簧力为 154 N；先导阀的弹簧刚度为 1O.7 N/mm，初始弹簧力为 100 Ni减压阀的供油压力为 28 MEal其余参数为默认值。仿真时间为 15 s，通信间隔 0.001 S。

2.3 仿真分析(1)给定差减压阀的控制口-个变阶跃信号，前5S加-个 3 MPa的信号，中间 5 S加-个 5 MPa的信号，最后 5 S加-个 7 MPa的信号，如图3所示。变阶跃负载时定差减压阀的出口压力曲线如图 4所示，减压阀的控制口压力信号与出口压力信号的叠加如图 5所示，减压阀的压差曲线如图 6所示。由图 5和图 6可知：减压 阀 的出 口压力 与控 制 口压 力 之差 为 5.5MPa，压差减压阀的出口压力跟随控制口压力信号的变化而变化，响应速度比较快，实现了压差恒值控制。

t/s图 3 定差减压阀的油控口压力源变阶跃信号(2)给定差减压 阀的控制 口在 0 St 15 S内加 -个 8 MPa的信号，如图 7所示。定差减压阀的出口压力曲线图如图8所示，减压阀的控制口压力信号与出口压力信号的叠加如图9所示，图 1O为恒定阶跃外负载下的压差。由图 9、图 10可知 ：减压 阀的出 口压 力与控制口压力之差为 5.5 MPa。由此可见，定差减压阀的出口压力跟随控制口压力信号的变化而变化，响应速度比较快，实现了压差恒值控制。

Us图4 变阶跃负载时定差减压阀的出口压力曲线t/s图 5 变阶跃负载时减压阀控制口压力与出口压力l5∞10生Olt/s变阶跃负载时减压阀的压差曲线t/s图 7 定差减压 阀的油控 口压力源恒阶跃信号3025日 20l5l06r io Z 4 6 8 lo 1Z l4 l6ds图8 恒阶跃外负载时定差减压阀的出口压力曲线由以上两组仿真实验可以得出：无论定差减压阀由油控口反镭的压力如何变化，只要在阀的可控额定压力范围内，总能保证阀的出油口与油控口的压差为 5.5 MPa。由前面的理论公式可知 ，通过改变预压6 0 O O O O 9 9 9 9 茧 ∞∞∞∞∞∞∞∞∞8 8 8 8 8 7 7 7 7 · 6O · 机 械 工 程 与 自动 化 2013年第 5期缩量可调节压差，从而实现阀对负载变化的跟随控制 ，实现压差恒值控制。

3O25时生 2O151O0/ ，plrr、p26tla图 9 恒阶跃外负载时减压阀的控制口压力与出口压力211要 r。。

tls63 结论(1)基于 AMESim建立了定差减压阀的模型，修改结构参数和控制参数后直接仿真就可得到减压阀的各性能参数。这为下-步进行定差减压阀结构参数和控制器参数的优化设计提供了条件。

(2)通过 AMESim仿真，分析验证了该定差减压阀实现了出油 口和油控 口的定差控制。