基于AMESim的电磁溢流阀动态特性研究

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Study on Dynamic Characteristics of ElectromagneticRelief Valve Based on AMESimZHANG Yuan-shen，M A Zhong-xiao，NIU Xue-hong，SONG You-ming，ZHOU Xuan(College of Energy and Power Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)Abstract： The simulation and research of electromagnetic relief valve based AMESim are carried out.The dynam-iC mathematical model of the valve iS established.The influences on the valve's dynamic characteristics by the vol-ume in the inlet of the electromagnetic relief valve，the spring rate of the main valve and the size of the dynami cdamping hole are studied；at that time the valve is in the working condition of power failure.Furthermore，we alsostudy and analyse the chan ges of the main valve's entrance pressure when the electromagnetic relief valve is in the e-lectrifying unloading condition and in the process of power-off overflow。

Key words： electromagnetic relief valve；AMESim ；dynamic characteristics；simulation电磁溢流阀在结构上由-个先导式溢流阀和-个电磁换向阀组成，有两种工作状态，具有通电卸荷或断电卸荷的功能，常用于系统的卸荷和多级压力控制[1 ].电磁铁断电时系统卸荷，用于工作时间短，卸荷时间长的诚；电磁铁通电时系统卸荷，用于工作时间长，卸荷时间短的诚.以下针对 DlBW 30电磁溢流阀(通电卸荷)进行研究，建立阀的数学模型[4-引，并利用AMESim软件进行了仿真分析[7 ]，对不同参数对阀动态特性的影响做了分析比较，得出了-些有益的结论。

1 电磁溢流阀的数学模型DBW-30电磁溢流阀的结构如图 1所示 ，整 阀由主阀部分、先导阀部分和电磁阀部分组成.在主阀到先导阀前腔采用了两个串联的液压阻尼孔，相对图 1 DBW-3O电磁 溢流阀结 构1主阀弹簧 2主阀阀芯 3主阀阀座 4先导阀弹簧5调压手柄 6先导阀弹簧座 7先导阀阀芯 8先导阀阀座9电磁铁 1O电磁阀阀芯 l1复位弹簧 12导阀前腔阻尼孔 R213环形阻尼 14主阀上腔阻尼孔 15进13阻尼孔 R1收稿日期：2012-06-14作者简介；张远深(1962-)，男，硕士，副教授，硕士生导师，主要从事气压传动与控制方面的研究工作.E-mail：xmazhongxiao###163.cornu ” H第25卷 张远深等：基于AMESim的电磁溢流阀动态特性研究 113于-个阻尼孔结构可以提高两个阻尼孔的孔径，从而减小油液污染使阻尼孔堵塞的可能性.同时先导阀和-个阀套配合构成了环形液压阻尼形成回油背压，有利于提高先导阀稳定性。

在建立阀的数学模型时，只考虑阀自身的结构参数及油液的可压缩性，忽略管路和泄露对阀动态特性的影响及瞬态液动力，并假设阀的出口压力为0.阀的动态数学模型描述如下：主阀口流量方程Q -Cq 号 √詈p ， (1)其中：C0 为锥阀流量系数；dt为主阀芯直径； 为主阀进 口压力。

主阀力平衡微分方程P，÷ -是l( 0 )-Cql rtd1yP sin 20，B， dy dZy， (2)其中：k。为主阀弹簧刚度；3，o为弹簧预压缩量；Y为主阀芯位移；B，为阀芯运动粘性阻尼系数；优 为主阀芯质量； 为主阀半锥角。

先导阀力平衡微分方程P2孚d；-k2(zo )-Cql 7c 2x(p2-P3)·2巾sin 2 m2 ， (3)其中：P。为先导阀前腔压力；dz为先导阀直径；k。为先导阀弹簧刚度； 。为弹簧预压缩量； 为先导阀位移；P。为先导阀后腔压力； 为先导阀半锥角；m。为先导阀芯质量。

电磁阀力平衡微分方程- 忌3(zol 1)- 2C 兀 3XlP2COS口B，鲁优a ， (4)其中： 为电磁铁推力；忌。为复位弹簧刚度； 。为复位弹簧预压缩量； 为电磁阀阀芯位移；C 为滑阀流量系数； 为电磁阀阀芯直径；a为射流角；m。

流量连续性方程(P，-P2)'- dyd-VI dp4- Cq- z2 (电磁阀断电)，， 0Q-QL-Qt十号 - 警-c啦 。X (电磁 阀通电)rrdR3 A - ， (6) 1281～ 出 K8 dc - - (7)其中：d肌 为液阻R 和R。串联后的等效液阻直径；1/d4R - 1/ 。1/ ；V。为主阀上腔体积； 为泵到主阀进口的管路容积；V。为导阀后腔体积；K为液压油体积弹性模量； 为油液动力粘度；z为等效液阻长度；Z 为液阻 R。的长度；z为环形阻尼长度；Ar为环形阻尼半径间隙；P 为主阀上腔压力；Q为液压泵流量；QL为负载流量。

2 AMESim模型利用 AMESim软件搭建了DBW-30电磁溢流阀的仿真模型，如图2所示.仿真参数见表 1。

图 2 DBW-3O电磁溢流阀的 AMESim模 型表 l 仿真参数名称 参数值主阀弹簧刚度/(N·mm- )主阀芯质量/kg主阀直径/nun先导阀弹簧刚度/(N·mm-1)先导阀质量/kg先导阀直径/mm复位弹簧刚度/(N·mm )电磁阀阀芯直径/mm液阻 Rl直径和长度/mm液阻 R2直径和长度/mm液阻 R3直径和长度/mm环形阻尼 Rt径向间隙及长度/mm2 O ∞ 5 5 纽 h114 甘 肃 科 学 学 报 2013年 第 1期3 仿真结果分析3.1 主阀弹簧刚度 对动态特性的影响。

电磁阀断电时不同主阀弹簧刚度下的压力阶跃响应曲线见图 3。

出口屡tfs图3 不同主阀弹簧剐度 K的影响- - K6 N/mm K12 N/ram通过分析可以得出以下结论：不同弹簧刚度下的压力超调量和压力上升时间不同.弹簧刚度大则超调量小 ，压力上升时间短.反之则超调量小，压力上升时间相对较长.图 3中 K6 N/mm 时的压力上升时间约为 48 ms，K-12 N/mm时的压力上升时问约为 43 ms，压力超调量约为 38 .但是增大主阀弹簧刚度会导致调压偏差增大，使得压力控制精度降低，所以主阀弹簧刚度的选取应综合考虑静态特性。

3.2 主阀上腔动态阻尼孔 R 的影响不同R。直径下的压力阶跃响应曲线见图 4。

出口庭tfs图 4 不 同 R。直径的影响- - R3 2 mm R31 mm由图 4可以看出，R。2 mm曲线相对 R。-1 mm曲线的超调量小，压力达到稳定值的时间相对较短.这是由于阻尼孔直径越小，两端压差越大，所以超调量会增大。

3.3 泵到主阀下腔容积 y的影响泵到主阀进口段容积大小对动态特性的影响见图 5。

趟口f，s图 5 不 同进 口段容腔 、厂的影响- - V-490 Enl3 V980 CEll3经过比较可以看到，V980 曲线的压力上升时间相对 V490 Cnl3曲线长，前者达到稳态压力所需的时间也比后者长，但是 V980 c 曲线的压力波动较小，这主要是由于油液的可压缩性造成的，容腔体积大会对压力波动有吸收缓解作用.同时增大进口段容积可以减小起始阶段的压力冲击。

3.4 电磁阀通断电过程的压力动态响应DBW-3O电磁溢流阀在通电卸荷和断电溢流过程中的主阀进 口压力响应曲线分别如图 6和图 7所示。

出Ⅱ厦H0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2ds图 6 电磁阀通电过程的动态响应4 2 O 8 6 4 2 第 25卷 张远深等：基于AMEsim的电磁溢流阀动态特性研究 115o70 0.8o 0.90 loo 1.1O 1。2Of，s图 7 电磁 阀断 电过程的动态响应由图 6和图 7可以看出，DBW-30电磁溢流阀在通电卸荷过程中无明显压力冲击现象，在断电溢流过程中的压力超调很小，具有良好的性能。

4 结论(1)建立了DBW-30电磁溢流阀的动态数学模型和 AMESim仿真模型，通过仿真分析可以得到，主阀弹簧刚度和阻尼孔直径对动态特性影响较大，弹簧刚度的选择应综合考虑静态特性.由于阀芯质量-般对动态特性影响较小，对此未做详细分析。

(2)进口段容积大小对压力上升时间和起始阶段阀芯压力冲击有较大影响，应合理布置泵到阀口的管道长度。

(3)由通断电过程的压力动态响应及以上仿真分析可以看出 DBW-30电磁溢流阀具有 良好的动态性能。