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1、中国机械工程第11卷第6期2000年6月文章编号:1004-132Ⅹ(2000)06-0658-03闭环控制先导比例溢流阀压力-流量特性计算机仿真郁凯元胡大路甬祥摘要:应用TKSolver软件对先导式溢流阀的压力-流量特性进行计算机仿真,揭示了应用闭环控制原理后,先导式溢流阀抑制主阀液动力等扰动的机理。该软件预期可用于解决几乎所有液压元件和系统的静态仿真问题。关键词:压力阀;溢流阀;比例阀;仿真;压力-流量特性;启闭特性中图分类号:TH137.521文献标识码:A郁凯元教授1936年美国人哈雷·威格士发明的差压式[1]先导溢流阀(见图1a),可在宽广的流量范
2、围内实现较为恒定的压力控制。目前,世界上几乎所有商售的先导溢流阀均是按此原理设计的。作为流体动力系统中最重要的基础元器件之一的这种传统式先导溢流阀,存在2个主要问题:¹输入力对输出压力的控制是开环的,因而主阀液动力等扰动使阀的压力—流量特性(即启闭特性)曲线产生较大调压偏差,高时达15%以上;º图2先导式溢流阀压力-流量特性实测曲线稳定性一般较差,易发生振荡、啸叫。反馈原理和动态试验及仿真结果参阅文献[2]。1983年路甬祥等[2]开发了闭环控制先导式笔者应用TKSolver软件对闭环控制式先导比例溢流阀压力-流量特性进行计算机仿真,以电液比例溢流阀,见图1
3、b。其先导滑阀两端面积揭示应用闭环控制原理后先导式溢流阀抑制主阀差与反馈推杆面积相等,稳态时液阻R3两端液压液动力等扰动的机理。1TKSolver软件简介TKSolver是美国UTS公司开发的软件,可广泛用于机械工程、电气工程、建筑结构设计、财务分析、基础科学等领域的计算分析。软件对用户友好,主要采用Newton-Raphson算法,具有很强的求解非线性代数方程组的功能,因而非常适合液压元件和系统的静态特性仿真计算。该软件(a)开环控制(b)闭环控制图1先导式溢流阀结构具有单参数求解和系列参数列表求解单位换算、内部函数、绘制曲线、数据后处理等功能,计算结力p
4、2和p3也相等,因而作用在滑阀心两端的液压果还可转换为可输入电子表格软件的数据文件格力平衡,输出液压力p1作用于反馈推杆面积Af,式,以便利用电子表格软件绘制更精美的曲线。借助先导阀心与输入电磁力Fm相比较,形成闭环控制,从而抑制了主阀液动力Ffx等扰动的影响,2数学模型使阀的调压精度显著提高,具有几乎水平的压力在用TKSolver软件对闭环控制式先导比例—流量特性,见图2。溢流阀的压力-流量特性进行仿真时,首先应建该阀还应用级间动压反馈新原理,显著提高立计算公式rulesheet,描述图1b阀的静态特性了动态稳定性,消除了振荡和啸叫现象。级间动压的代数方程
5、组收稿日期:1999—02—0420.5Qy=Cdr1Ar1[(p1-p2)]基金项目:江苏省应用基础基金资助项目(BJ95028)Q·658·闭环控制先导比例溢流阀压力-流量特性计算机仿真——郁凯元胡大路甬祥P2力;Fsx为主阀弹簧力;Y为先导阀心位移;Ay为先Ar1=Dr14导阀弓形节流口节流面积;Ffy为先导阀液动力。20.5Qy=CdyAy(p2)Q3仿真计算结果p2=p3Fm-p1Af+Ffy=0仿真结果为给定电磁力Fm后,当阀的输入流量Qp从1L/min～97L/min变化时,计算得到P2Af=Df412个输出参数变化的数值结果及绘制相应仿真Ff
6、y=2CdyCvAyp2cosH曲线。图3、图4给出了各压力和主阀心受力随QpAph2Y变化的仿真曲线。Ay=Nph(arccos(1-)-PDph2YYY20.52(1-)[(-()]DphDphDphP2Aph=Dph4p1Amd-p3Amu=Ffx+FsxP2Amd=Dmd4P2Amu=Dmu4Ffx=2CdxCvAxp1cosAXAx=PXsinA[Dmd+sin(2A)]2Fsx=Ksx(Xo+X)图3压力p1、p2、p3-流量Qp仿真曲线建立rulesheet的同时该软件自动生成变量表variablesheet,表中列出全部rulesheet中需
7、输入值的结构参数和通用常数、控制和扰动输入参数,并列出全部计算输出参数名。在variablesheet中输入阀的结构参数和通用常数,给定控制和扰动输入参数后,便可进行仿真计算。计算结果将在输出参数中给出,用之还可绘制仿真曲线。仿真的结构参数和常数如下:Df为反馈推杆直径;Af为反馈推杆截面积;Nph为先导控制弓形节流口数目;Dph为先导控制弓形节流口圆孔直径;Aph先导控制弓形节流口圆孔面积;H为先导控制弓形节流口出流角;Dmd为主阀心下端直径;图4力Ffx、Fsx、Ffy-流量Qp仿真曲线Amd为主阀心下端面积;Dmu为主阀心上端直径;图3表明,通过阀的流
8、量Qp由1L/min～97Amu为主阀心上端面积;A
