基于AMESim的某液压系统调节蓄能器仿真研究

Simulation for Regulating Accum ulator of a Certain Hydraulic System Based on AM ESimFU Jiuchang，MI Shangshan，LIU Pengyuan，HAN Cuie，ZHANG Wangwei(Ordnance Engineering Colege，Shijiazhuang Hebei 050003，China)Abstract：The structure and working principle of a certain hydraulic system regulating accumulator were expatiated. The modelof the regulating accumulator was built and verified.The results show that the simulation model is feasible；the gas precharge pressureof the accumulator and the gas content of hydraulic fluid have negative correlated association with the pressure building time of accumu-lator，the condition of spring of regulating valve has positive corelated association with pressure of accumulator。

Keywords：Accumulator；AMESim simulation蓄能器作为液体压力能的储存和释放装置，在液压系统中得到了广泛的运用。某液压系统调节蓄能器是集蓄能器、单向阀、安全阀、调节阀于-体的组合元件。该调节蓄能器在液压系统中具有保压、供油、泄荷等功能，因此成为该液压系统正常运行的关键。

由于调节蓄能器尤其是其端盖部分结构复杂紧凑，采用常规手段检测及研究其性能有-定 的困难。使用AMESim建立调节蓄能器仿真模型，为该元件的性能研究提供了高效可行的方法。

1 调节蓄能器的结构及工作原理该调节蓄能器为活塞式蓄能器 ，内部预充纯氮。

其端盖部分结构复杂，结构如图1所示。调节蓄能器的进油口处设有单向阀，用以保证蓄能器在加压之后不反向供油。调节阀用于调节蓄能器内的油液压力，当未达到工作压力时，调节 阀关闭，蓄能器开始建压 ；当超过工作压力之后调节阀开启，齿轮泵泄荷。

如此循环，保证蓄能器的压力维持在可用 的范 围之内。端盖处的安全阀，其开启压力高于调节阀的开启压力，在液压系统出现故障导致蓄能器无法出油时，保证蓄能器及整个油源回路的安全。

2 蓄能器模型的建立根据调节蓄能器的结构，运用 AMESim对调节蓄能器每个组成部件进行建模，根据调节蓄能器实际参数设置模型参数。

安全阀阀芯安全阀阀座单向阀阀芯调节阀滑杆图 1 调节蓄能器端盖结构图2.1 蓄能器蓄能装置建模调节蓄能器主体部分为充氮活塞式蓄能器，其压力与体积符合波尔定律P。 Pl n P C式中：P 为充气压力 ；P.为最低工作压力 ；收稿 日期：2012-03-09作者简介：付久长 (1987-)，男，硕士研究生，研究方向为液压系统仿真。E-mail：fujiuchang2008###live.cn。

第7期 付久长 等：基于AMESim的某液压系统调节蓄能器仿真研究 ·183·P 为最高工作压力；， 分别为对应于p。，p：时气体体积；n为多方指数，因调节蓄能器在某液压系统中充放油均在 1 min内进行 ，可以近似为绝热过程，因此该值取 1.4。

在 AMESim中选取模型 HA000-1作为调节蓄能器的蓄能装置，其参数如表 1所示。

表 1 蓄能装置参数预充气体压力/MPa气腔体积/L多方指数88.81.42.2 调节蓄能器单向阀建模调节蓄能器端盖单向阀为锥阀芯密封式直通单向阀结构，忽略阀芯与阀体的摩擦力，阀芯受力为F ： 筝p21T -F-Kx1 p1T- - -- -- -其中：P 为单向阀进口油压；P 为单向阀出口油压；D 为单向阀进油口直径；D：为阀芯弹簧套内径；为阀芯弹簧套外径；F1为单向阀弹簧预紧力；为弹簧弹性系数；为阀芯位移量。

表 2 单向阀仿真参数进油口直径/mm阀芯锥面角度/(。)阀芯质量/kg弹簧预紧力/N弹簧弹性系数/(N·m )阀芯弹簧套外径/mm阀芯弹簧套内，/mm5.5450.0140.980.1161152.3 调节蓄能器调节阀建模调节蓄能器调节阀根据蓄能器内油压调整进油口的溢流量，从而使蓄能器油压稳定在合理范围之内。

调节阀中主要作用部件为滑杆，连接蓄能器蓄能腔、进油口和溢流口，控制阀口的启闭。滑杆受力D (D -Di)。

(Di-D；)- p2"f -Pl - 十p1盯--- ---- 1-似其中：P 为蓄能器油腔压力；P，为蓄能器进油口压力； D.为滑杆最大外径；口 为滑杆进油口端最小外径；为溢流口直径；为弹簧预紧力 ；K为弹簧弹性系数；为滑杆位移量。

当F>0时，阀口开启，液压泵卸荷 ，蓄能器不再进油；当F≤0时，阀口关闭，蓄能器进油。

表 3 调节阀仿真参数滑杆最大外径/mm滑阀质量/kg滑杆进油 口最小外径/mm溢流 口直径/ram溢流口锥阀锥面角度/(。)弹簧预紧力/N弹簧弹性系数/(N·mm )2.4 调节蓄能器安全阀建模调节蓄能器安全阀是蓄能器及整个液压系统油源回路的保护装置。其工作原理为：当蓄能器压力超过调节阀调节上限时，安全阀阀芯 1在液压力的作用下推动阀座 2，阀芯和阀座-起运动到-定距离后，阀芯 1停止运动，阀座 2在液压力的作用下继续运动 ，与阀芯分离，油液从蓄能器压力腔溢出，从而保证蓄能器安全运行。其阀座受力为：第-阶段 ，阀芯推动阀座向后运动DF P1叮T- F1K1 1- - 2- 第二阶段，液压力推动阀座向后运动，开始溢流rD -DF P1盯 -兰 - - 2其中：P 为蓄能器油压；D 为安全阀阀芯外径 ；D 为安全阀阀座外径 ；D3为安全阀阀座内径 ；F 为阀芯弹簧预紧力；。为阀芯弹簧弹性系数；为阀芯位移量；为阀座弹簧预紧力；为阀座弹簧弹性系数；9 u 5 的 9 ∞ -· 184· 机床与液压 第4l卷为阀座位移量。

利用 AMESim根据其工作机理，建立其仿真模型如图4所示。

表 4 安全阀仿真参数阀芯外径/mm阀芯弹簧预紧力/N阀芯弹簧弹性系数/(N·mm )阀芯质量/kg阀芯锥面角度/(。)阀座质量/kg阀座外径/mm阀座内###/mm阀座弹簧预紧力/N阀座弹簧弹性系数/(N·m )3 调节蓄能器仿真分析3.1 调节蓄能器仿真模型验证为了更好地验证模型的正确性 ，按照该液压系统实际油源回路和解锁回路建立调节蓄能器的仿真回路。整体模型如图5所示。

图5 调节蓄能器仿真回路对仿真回路进行40 s仿真，t0～20 S时，换向阀5位于中位，建立油源压力，液压泵 向蓄能器充油；t20～30 s时，换向阀5于左位，液压油经过减压阀6进行减压和稳压，再经增压油缸 7增压 ，最后经液控单向阀 8进入稳定锁 9进行解锁；t30～40 S时，换向阀位于右位，液控单向阀被反向开启，稳定锁油腔卸荷，稳定锁闭锁。调节蓄能器油腔压力仿真结果如图6所示。蓄能器在 15 s内压力达到16.42 MPa，符合该液压系统液压油源在 15～20 S内建压的技术要求；蓄能器油压在达到16.45 MPa后，虽然液压泵仍在工作，但蓄能器压力不再上升，符合调节蓄能器压力上限 16.5 MPa的技术要求 ，说明蓄能器调节阀建模准确。稳定锁锁紧块的仿真结果如图7所示。三位四通阀位于左位时，稳定锁锁紧块产生0.284 mm位移，解锁成功；三位四通阀位于右位时，稳定锁锁紧块位移回零，稳定锁闭锁。仿真结果表明：仿真模型符合该液压系统调节蓄能器的各项技术要求且执行动作准确，说明仿真模型能较好地对该液压系统调节蓄能器的性能及工作进行模拟。

/ 扣l5 sp16.416 7MPa0 l0 20 30 40tls图6 调节蓄能器油腔压力t-2 4.5 s -s-O.O00 284： 7 n图7 稳定锁锁紧块位移3.2 调节蓄能器仿真分析通过调节蓄能器模型的仿真，对调节蓄能器的性能及可能发生的故障进行分析，仿真结果可为产品性能分析及故障诊断提供依据。

3.2.1 预充气体压力对调节蓄能器的影响在调节蓄能 器 l168 4 r -，7.954 9// p 器131 /-1 l6.453l-预充气体压力4 M2-预充气体压力63-预充气体压力84-预充气体压力10 18 3 硌 ∞ ∞ ∞ 6 铝 L n 3 ∞第7期 付久长 等：基于AMESim的某液压系统调节蓄能器仿真研究 185·l-30%预紧力 5o%预紧力3-70%预紧力 4-l0o%预紧力：141102鼍：240， 弋 。 .! ： - - - - - - ～ ～ - ～ ～ 0 1O 20 30 40tlsl-30%预紧力 2-50%预紧力 70%预紧力 4-l00%预紧力300250茸 200-宝r 150100500 1 34 0 10 2O 30 40t/s图9 不同预紧力下蓄 图 10 不同预紧力下锁能器建压结果 紧块位移结果由图9可知：随着弹簧疲劳失效的加深，蓄能器所能建立起来的最终压力逐渐减小，当弹簧预紧力减小到50%以后，蓄能器已不再起作用。由图 10可知：调节阀预紧力损失 70%后，稳定锁不再工作；当预紧力损失50%和30%，解锁回路只能解锁而无法闭锁，表明液压回路已无法正常工作。仿真结果表明：调节阀弹簧预紧力大型调节蓄能器建压的最终值成正相关，并直接关系到液压系统能否正常工作。

3.2.3 液压油混入空气对调节蓄能器的影响液压系统中液压油 168中空气的含量会直接影 ：响液压油的可压缩性， 1。0图 11显示了在液压油混入量。

4 结论以某液压系统调节蓄能器为研究对象，通过分析调节蓄能器组成部件的工作原理及受力情况，建立了调节蓄能器的AMESim仿真模型。通过将调节蓄能器模型放入油源及解锁液压回路进行仿真，得出以下结论 ：(1)仿真验证表明：仿真模型可以较好地模拟调节蓄能器的工作情况。

(2)仿真分析结果表明：调节蓄能器的蓄能时间与蓄能器预充气体压力大邪液压油空气含量成负相关；调节蓄能器调节阀弹簧的疲劳程度决定了调节蓄能器最终建压大小，疲劳程度越小，调节蓄能器最终建压值越接近最高压力。