基于AMESim的瞬态加氧控制机构的仿真分析

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柴油机由于其出色的动力性、经济性.得到了越来越广泛的应用 .但是 日益严格的排放法规对柴油机的性能提出了-定的要求。特别是.柴油机在低速以及加速过程中会出现排放恶化的情况” 为降低该过程中排放的碳烟颗粒.设计了-种瞬态加氧控制机构.结合仿真软件 AMESim对该机构模型进行系统仿真.分析机构各个部分的动态特性 .从而对系统的设计及优化提供参考 .以增强加氧装置的可靠性和稳定性。该瞬态加氧控制机构具有反应速度快、灵敏度高等优点。-定程度上可以提高柴油机的动力性及排放性能1 瞬态加氧控制机构的工作原理瞬态加氧控制机构主要包括：缓冲弹簧、阻尼孔、收稿 日期：2013-01-04作者简介：吕士峰(1972-)，男 ，山东滕州人 ，讲师，主要从事机械制造、液压等方向的研究工作。

回流阀、回位弹簧、氧气阀门控制液压缸和油门控制液压缸等.如图 1所示。其目的是实现柴油机在加速时氧气阀门开启.使得柴油在富氧情况下燃烧〉低柴油机的排放：柴油机在匀速时阀门迅速关闭，避免氧气的浪费。具体如下 ：当驾驶员踩动油门踏板.即通过拉线拉动缓冲弹簧 1。只有当力达到设计要求时，活塞 2开始移动。通过机械泵向燃烧室中泵油1-缓冲弹簧 2-阻尼孔 3-回流阀4-回位弹簧 5-氧气阀门控制液压缸 6-油门控制液压缸图 1 瞬态加氯控制机构结构简图在加速过程中，油门控制缸中的活塞向左移动，氧3液压 气动 与 密封/2013年 第 06期气阀门控制缸中的活塞就会向右移动.达到阀孑L位置时，氧气被定量地加入到进气歧管中。当油门稳定时，在回位弹簧 4的作用下 .活塞向左回位.而氧气控制液压缸中的液压油就会迅速通过管路、阻尼孔流回到氧气控制缸的右侧 .活塞迅速回到初始位置。不会造成对氧气的浪费.也不会影响油f-I控制液压缸对机械泵喷油的控制。在整个加速阶段，柴油喷人到燃烧室中时间相对较迟。因此在该阶段.油气混合的比例不会急剧变化 .燃烧室中不会出现局部缺氧的情况2 瞬态加氧控制机构仿真模型建立2.1 液压元件模型建立在 AMESim软件草图模式(Sketch Mode)下.根据瞬态加氧控制机构原理(见图2)，使用液压元件建拟(Hydraulic Component Design)进行模型的建立 ，选取机械库(Meehanica1)中常用的机械零件，并将各个子模块按液压油流动的方向进行连接阁图 2 瞬态加氟控制机构仿翼模型对于油门控制液压缸而言.其特别的地方在于它活塞上的阻尼孔和单向阀。在 HCD库中.找不到上述所提到的子模型〖虑到阻尼孔的作用就是在液压缸的两个腔室中起导流和阻尼作用.因此在该机构的模型构建过程当中.应用了液压标准库当中的四接I1的液压端口。

2.2 设置仿真参数进入 AMESim中的 Parameter mode模式中.对各个机构的结构参数进行设置，仿真模型中的具体参数如表 1所示3 仿真结果分析进入仿真模式(Simulation Mode)后，设置 AMESim运行参数：仿真运行时间 5s，计算时间间隔为 O.01s：积分器为标准积分器；计算允许误差为 10-5：误差类型为混合(包括相对误差和绝对误差)型；仿真模式选择动态：运行模型选择单次运行。设置完成后，开始运行仿真囹。

3.1 加速过程仿真分析仿真结果通过 plot命令在绘图窗口显示流量和压4力结果.如图3所示。

皂出0 800 6O040O2OO表 1 系统主要参数0 1 O 20 3 0 4 0 5 0时间，S图 3 油 门控制液压缸的压力与流量变化 曲线从图中可以得到.按照默认结构参数设置后的瞬态加氧控制机构的压力和流量变化过程。油门控制液压缸右腔的出口压力值达到了0.78bar.但是当拉力恒定之后.压力会迅速下降到 0bar.但在 0bar附近有上下的波动 这主要与氧气阀门控制缸的作用以及阻尼孔的存在相关。但流量会在 1.2s之后，在 0L/min附近波动.幅度逐渐变校说明与产品的运行与设计之初的想法是相符的油门控制液压缸如图4所示 端口 1代表油门控制液压缸左腔压力 .端口2代表油门控制液压缸右腔的压力 两者均在 1.2s时达到了平衡位置，但由于有缓冲弹簧以及氧气阀门液压缸的综合影响，两者的油压在 Obar的平衡位置附近作非常微小的波动。这是因为当力恒定时.在回位弹簧的作用下。大量的液压油通过阻尼孔迅速地回到油门控制液压缸的右侧.故其压力会成为 0bar。

氧气阀门控制液压缸活塞的位移如图 5所示 .活塞在 0.16s时，位移达到 0.O05m。氧气阀门打开，这与机械泵开始供油时间基本-致 ：0.63s时 ，活塞 回到0.O05m处 ，氧气阀门关闭：并在 1.04s时，回到初始位置。这说明在加速过程中，氧气阀门能够迅速打开，而且能够在油门稳定后迅速回到初始位置 曲线中机械泵从开启到达到最大供油量经历了0.56s.与氧气阀门开启持续时间相差了0.09s.说明加速过程与阀门开启Hydraulics Pneumatics＆ SeMs/No.06.2013时间是-致的。0.42s时，活塞达到最大值 O.0374m，这也验证了活塞尺寸的合理性。

O 8OT O 7O8；80408：i8媛 0 100- O 10图 4 油门液压缸 两腔压力变化g～ q图 5 氧气阀 门控制液压缸 活塞位移 变化3.2 减速过程仿真分析在减速过程中.油门踏板突然被释放.作用在油门踏板上的力突然变为 0 故整个瞬态加氧控制机构在机械泵上油门回位弹簧的作用下，向初始位置的方向移动。

如图6所示是两个端口的位移差 (即单向阀的位移)。两者位移差值出现在 0～1s之间。最大差值为0.O018m.即在此期间单向打开。使得控制液压缸中右腔中大部分液压油迅速到达左腔氧气阀门液压缸活塞在减速过程中位移变化如图7所示 随着机械泵回到初始位置 。其弹簧振荡越来越小，最终达到稳定状态-始减速时.活塞移动到-45ram的位置.通过该值可以得到活塞长度需增加到 55ram。

控制机构在 2.7s内达到稳定状态.不会对下次加油过程造成冲击 根据位移曲线，可以得出液压缸右腔的初始位置应调整为70mm.以满足活塞的运动空间。

×10-3O2- O 2- 0.6登 o- I 4- 1 800 0- 0- 0- 0时间/图 6 单 向阀位移 曲线时间/s图 7 氧气阀门控制机构活塞位移变化3.3 阻尼孔直径对瞬态加氧机构的影响为了更好地对比不同直径的阻尼孔对整个瞬态加氧控制机构的影响，采用AMESim中的批处理功能，将某-个或几个模型参数设置成-组变化的值，每-种参数组合分别进行计算，并在 plot命令中同时显示出仿真结果 ～阻尼孔的直径设置成变量，分别定为 lmm，3ram.5ram，对在加速过程中的机构进行仿真分析。设置参数后.进入仿真模式。批处理运行后，阻尼孔直径对两个液压缸的性能的影响结果如图8和图9所示图 8 阻尼孔对油 门控 制液压缸 的影 响分析从所示图可以看到.随着阻尼孑L增大.油门控制液压缸达到完全开启的时间会越短.这对柴油机的动力性是有利的 控制液压缸响应的时间也随着阻尼孔直径的增大而减小 .但是活塞位移量会因为阻尼孔直径的增大而减少，使得氧气阀门打开的时间变短。因此。

综合以上两种仿真结果。对于阻尼孔的选取.不宜过大 .选 3ram即可1 -阻尼孔lmm2 阻尼：L3mm3 阻尼孔5ram图 9 阻尼子L对加 氧控 制液压缸的影响分析4 结束语依据瞬态加氧控制机构的设计 .建立数学模型，在AMESim仿真平台中建立了整个机构的仿真模型.分析了瞬态加氧控制机构的启闭特性和响应时间。对油门控制器的阻尼孑L的直径进行了优化设计.进-步确定了缓冲弹簧、阻尼孔和油门回位弹簧对柴油机机械泵的影响.从而为该系统的可靠性和实用性提供了重要依据，对改善柴油机尾气排放水平有着-定的指导意义。

5液压 气动 与密 封/2013年 第 06期液压试验台增压系统设计张 唏，王 斌，于 淼，夏 鹏(中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院，北京 100083)摘 要：设计了-种简单可靠的增压缸，对其增压缸加载原理进行了阐述，并着重介绍了增压缸主要零部件的设计、标准件的选用及增压缸的特点，对加载系统液压原理进行了说明，对主要的技术参数的选取也进行了讨论。

关键词：液压缸；增压缸；系统；液压试验台中图分类号：TH137.1 文献标识码：A 文章编号：1008-0813(2013)06-0006-03Hydraulic Test Bench Supercharng System DesignZHANG Xi，WANG Bin，YU Miao，XIA Peng(School of Mechanical Electrical Information Engineering，China University of Mining Technology，Beijing，Beijing 100083，China)Abstract： Design a simple reliable pressure cylinder， the pressure cylinder loading principles aye ilustrated， and emphaticallyintroduces the pressure cylinder of main components design， On the principle of the hydraulic loading system are described.Thecharacteristics of the main technical parameter selection are also discussed。

Key words： hydraulic cylinder； pressure cylinder； system； hydraulic test benchO 引言随着现代科学技术的发展.液压传动技术已广泛应用于各个行业 特别是在煤炭行业，液压支架的应用极大程度地提高了煤炭行业的生产水平和生产安全性 液压支架的安全性决定了煤炭生产的安全性.而影响液压支架安全性的主要因素就是密封问题。液压千斤顶试验台是为了测试密封圈性能的试验台.为液压支架选择更好的密封圈.从而进-步保障液压支架的安全性，本文为试验台加载部分的增压缸设计.通过增压缸获得液压支架工况的高压.然后进行密封性IIII试。这样使实验数据更为准确。其性能的精确检测和系统结构智能化设计成为当今液压系统改造的主要目标1j收稿 日期：2013-O1-o4作者简介：张唏(1966-)，男，河南焦作人，教授，现从事机械电子学科电液阀性能试验台方面的研究。

1 增压缸的工作原理增压缸是-种液压增压装置。增压缸的工作原理如图 1所示。

图 1 增压缸原理当低压油P 进入到缸左端时，活塞向右运动，输出高压油P：，由静压平衡原理可知：p4 -p 2 (1)式中 Pt--输入的低压：p广 输出的高压；广 ～ 活塞的面积；A广 有杆腔的有效面积。