羅之軍

(貴州職業(yè)技術學院　貴陽　550023)

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基于AMESim的進油節(jié)流調速回路建模與仿真

羅之軍

(貴州職業(yè)技術學院貴陽550023)

摘要：進油路節(jié)流調速回路是液壓系統(tǒng)基本回路，掌握進油節(jié)流調速回路的工作原理及工作動態(tài)特性尤為重要。利用AMESim仿真軟件對進油路節(jié)流調速回路進行建模設計與仿真分析，可較為直觀地反映系統(tǒng)工作的動態(tài)特性，為系統(tǒng)設計和元器件參數(shù)選擇提供理論依據。

關鍵詞：進油節(jié)流調速回路；建模；仿真；AMESim

1前言

在液壓傳動系統(tǒng)中，調速回路是液壓基本回路之一，調速回路包括節(jié)流調速回路、容積調速回路、容積節(jié)流調速回路，其中節(jié)流調速回路在液壓傳動中有著廣泛應用。節(jié)流調速回路因節(jié)流元件安裝位置不同又分為進油路節(jié)流調速回路、回油路節(jié)流調速回路和旁油路節(jié)流調速回路。進油節(jié)流調速回路由定量泵供油，在系統(tǒng)進油路安裝節(jié)流閥，通過調整節(jié)流閥開口大小調節(jié)進入液壓執(zhí)行元件的流量，從而達到調節(jié)執(zhí)行元件運動速度的目的。在調速的過程中，回路的動、靜態(tài)特性受元件參數(shù)的設定等多種因素影響，當參數(shù)調整不當時，調速回路的作用無法發(fā)揮，嚴重時會影響到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此在進油路節(jié)流調速液壓系統(tǒng)的設計和分析中，有必要對回路進行仿真，以便更加準確分析和判斷回路的動態(tài)特性。

2進油路節(jié)流調速回路理論分析

進油路節(jié)流調速回路采用定量泵供油，節(jié)流元件串聯(lián)在執(zhí)行元件進油路上，采用溢流閥作為分流元件，在調速過程中，液壓泵的輸出壓力基本保持不變。進油節(jié)流調速回路如圖1所示。pP為液壓泵出口壓力，qP為液壓泵輸出流量 ，q1為溢流閥流量，q為液壓缸進油腔流量，p1為液壓缸進油腔壓力，p2為液壓缸回油腔壓力，Ax為節(jié)流閥節(jié)流口通流面積，A1為液壓缸進油腔活塞有效面積，A2為液壓缸回油腔活塞有效面積，F(xiàn)為液壓缸外負載，v為活塞運動速度。忽略油溫變化、液體的壓縮性、油管阻力損失及油管泄漏、活塞摩擦等因素，進入液壓缸的流量為

q=KAx(pP-p1)m

(1)

式中K為節(jié)流閥孔口特性系數(shù)，其取值K=0.61～0.62；Ax為節(jié)流閥孔口通流截面面積；m為節(jié)流閥孔口長度決定的指數(shù)，其取值為m= 0.5。

根據連續(xù)性方程可計算活塞的運動速度為

(2)

液壓缸進油腔壓力為

p1=(F+p2A2)/A1，因忽略管路壓力損失，p2≈0 ，則

p1=F/A1

(3)

由式(1)、(3)可求出活塞的運動速度為

(4)

式(4)為進油路節(jié)流調速回路的速度—負載特性方程，從方程可知液壓缸活塞的運動速度受節(jié)流閥開口大小Ax及負載F 的影響，液壓缸活塞的運動速度v 與節(jié)流閥開口大小Ax成正比關系；液壓缸活塞的運動速度v 隨著負載F的增加而減小。

3進油路節(jié)流調速回路的AMESim建模與仿真分析

AMESim為用戶提供了一個圖形化的時域仿真建模環(huán)境，用于工程系統(tǒng)建模、仿真和動態(tài)性能分析。可以使用已有模型或建立新的子模型來構建優(yōu)化設計所需的實際原型，可修改模型和仿真參數(shù)進行穩(wěn)態(tài)及動態(tài)仿真、繪制曲線并分析仿真結果，界面比較友好、操作方便。用戶完全可以應用集成的一整套AMESim應用庫來設計一個系統(tǒng)，所有的模型都經過嚴格的測試和實驗驗證。AMESim不僅可以令用戶迅速達到建模仿真的最終目標，而且還可以分析和優(yōu)化設計，降低了開發(fā)成本，縮短開發(fā)的周期。所以AMESim被廣泛地應用于液壓系統(tǒng)的建模與仿真中，用來分析液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性等。

3.1進油路節(jié)流調速回路AMESim建模

AMESim系統(tǒng)提供了豐富的液壓元件和機械元件，對于進油節(jié)流調速系統(tǒng)建模，液壓元件可直接從液壓元件庫中選取，系統(tǒng)中電機、負載可從機械元件庫中選取，選取質量塊替代慣性負載、選取單位力單元代替力負載，單位力單元本身沒有參數(shù)，而力負載大小則通過信號單元參數(shù)設置確定。模型中各元件的連接與液壓系統(tǒng)原理圖元件連接相同。

進入AMESim環(huán)境，在Sketch 模式下調用液壓元件庫中的單作用液壓缸、節(jié)流閥、液壓泵、溢流閥及油箱等元件，在機械元件庫中調用電機、質量塊及單位力單元元件，在信號元件庫中調用信號元件，按照進油節(jié)流調速回路液壓系統(tǒng)原理圖建立如圖2所示系統(tǒng)仿真模型，在Submodle模式下為每個元件選擇默認首選子模型。

3.2參數(shù)設置

進入Parameter模式，設置元件參數(shù),如表1所示。

圖1　進油路節(jié)流調速回路

圖2　進油路節(jié)流調速回路系統(tǒng)仿真模型

表1　元件參數(shù)設置列表

3.3仿真分析

在Simulation模式下，設置仿真運行時間為3s，通信間隔時間為0.1s，運行仿真，仿真結果如下。

結果一：當信號元件參數(shù)設為25000時，產生負載為25kN，分別設置節(jié)流閥等效孔徑為2mm、2.5mm、3mm，對應節(jié)流閥開口Ax3、Ax2、Ax1，有Ax3

圖3　速度曲線

圖4　速度-負載特性曲線

結果二：當信號參數(shù)設為起始階段0，結束階段30000，分別設置節(jié)流閥等效孔徑為2mm、2.5mm、3mm，對應節(jié)流閥開口Ax3、Ax2、Ax1，即Ax3

4 應用實例

圖5是普通平面磨床的液壓系統(tǒng)圖。磨床最大切削力為800N，工作臺及工件質量M=2000kg，液壓缸直徑80mm，活塞桿直徑63mm，總回程為700mm，慣性負載4kN，阻力負載4kN。系統(tǒng)由定量泵1供油，溢流閥2調定系統(tǒng)壓力，換向閥5對工作臺運動進行換向，磨床工作臺進給速度由節(jié)流閥4調節(jié)。圖6是磨床液壓系統(tǒng)的AMESim仿真模型，在仿真過程中設置磨床的工作臺質量2000kg，切削力0.8kN，阻力負載8kN，液壓缸直徑80mm，活塞桿直徑63mm，活塞行程0.7m，溢流閥調定壓力3MPa進行仿真，仿真結果如圖7所示。圖中A1為節(jié)流閥開口等效孔徑為1mm時的速度曲線，A2為節(jié)流閥開口等效孔徑為1.5mm時的速度曲線，A3為節(jié)流閥開口等效孔徑為3mm時的速度曲線。由圖可知，當節(jié)流閥開口等效孔徑為1mm時，在液壓缸啟動階段速度不穩(wěn)定，動態(tài)性能較差，工作臺的速度為0.0083m/s；當節(jié)流閥開口等效孔徑為1.5mm時，動態(tài)性能比等效孔徑為1mm較好，但啟動階段速度仍有波動，工作臺的速度為0.019m/s；當節(jié)流閥開口等效孔徑為2mm時，工作臺在整個運動過程中動態(tài)性能較好，可獲得穩(wěn)定的速度，速度為0.034m/s。由此可得到該調速系統(tǒng)的最低穩(wěn)定速度為0.034m/s。

圖5　普通平面磨床液壓系統(tǒng)圖

在磨床調速過程中，調節(jié)節(jié)流閥的開口大小以調節(jié)工作臺進給速度，節(jié)流閥開口不同，對調速動態(tài)特性有很大影響，要獲得穩(wěn)定的速度和較好的動態(tài)特性，節(jié)流閥開口大小的調節(jié)很難把握，通過對該液壓系統(tǒng)進行仿真，可以預先獲得在穩(wěn)定速度及良好的動態(tài)特性下節(jié)流閥開口大小的調節(jié)范圍。根據對磨床調速回路仿真結果可知，節(jié)流閥的最小開口宜調定為等效孔徑2mm，系統(tǒng)可獲得最低穩(wěn)定速度為0.034m/s，對該系統(tǒng)實際工作時的調速提供依據。

圖6　磨床液壓系統(tǒng)仿真模型

5結論

利用AMESim液壓仿真系統(tǒng)建立進油路節(jié)流調速回路仿真模型，對回路特性進行仿真研究。結果表明，應用AMESim圖形化的液壓系統(tǒng)建模方法，能簡化公式推導和參數(shù)設置步驟，有效提高研究效率，同時，仿真結果也能較好地反映液壓系統(tǒng)動態(tài)特性，對液壓系統(tǒng)設計和液壓元件主參數(shù)的選擇提供較為準確的依據。

參考文獻

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[4]張憲宇,陳小虎,何慶飛.基于AMESim的液壓缸故障建模仿真.液壓氣動與密封,2011(10).

(責任編輯：謝鳴)

收稿日期：2016-05-19

作者簡介：羅之軍(1977—)，男，貴州金沙人，副教授。

文章編號：1008—2573(2016)02—0051—05

Modeling & Simulating of Meter-in Circuit Based on AMESim

LUO Zhijun

(Guizhou Vocational Technology InstituteGuiyang550023)

Abstract:Meter-in circuit is a basic circuit of hydraulic system; it is very important to grasp the running principles and dynamic characteristics of meter-in circuit. Modeling and Simulation analysis conducted in meter-in circuit by means of AMESim software can reflect intuitively the dynamic characteristics of it, which provides some theoretical bases for system design and hydraulic components parameter selection.

Key words：Meter-in circuit; Modeling; Simulation; AMESim