摘要: 介绍三级电液伺服阀的结构原理, 利用AMESim仿真软件对三级电液伺服阀建模, 依据国外标准产品设置模型的各项参数并进行仿真, 仿真结果验证了建模的正确性, 从而为三级电液伺服阀结构参数和控制参数的优化设计提供了条件。
关键词: 三级电液伺服阀; 模型; 仿真

三级电液伺服阀具有大流量和高响应等特点, 在六自由度运动模拟器、振动试验台和负载加载器等高性能设备上得到了广泛的应用。但三级电液伺服阀的关键技术目前还掌握在少数国外厂商手里, 如美国的MOOG公司和德国的REXROTH公司等, 其产品已经标准化和系列化。国内对三级电液伺服阀的研究目前还处在试验探索阶段。虽然国内也有少数厂家能生产三级电液伺服阀, 但阀的各项性能指标都与进口阀有差距。这主要是因为在阀的结构参数和控制器参数优化设计、材料性能、制造工艺和检测手段等方面与国外厂商还有较大差距。国内学者需要在这些方面进行深入的研究, 从而掌握三级电液伺服阀的关键技术。

三级电液伺服阀包括先导阀、功率滑阀、位移传感器和伺服控制器。笔者根据三级电液伺服阀的结构原理, 运用新型仿真软件AMESim对其进行建模, 依据国外标准产品的参数来设置模型的各项参数并进行仿真, 根据仿真结果来验证所建模型的正确性, 从而为阀的结构参数和控制器参数的优化设计提供了条件。

1 三级电液伺服阀原理

三级电液伺服阀是为了满足大流量要求而出现的一种先导式电液伺服阀, 其结构原理如图1所示, 结构方框图如图2所示。它由一个小流量的双喷嘴挡板式力反馈式二级伺服阀(先导阀)、功率滑阀、位移传感器和伺服控制器组合而成。功率滑阀由先导阀驱动,通过位移传感器检测功率滑阀阀芯位移并反馈到伺服控制器构成位置闭环, 以实现阀芯位移与输入信号成比例变化, 因输出流量与阀芯位移成比例, 从而使得三级电液伺服阀的输出流量与输入信号成比例关系。

2 三级电液伺服阀建模

2.1 仿真软件AMESim介绍

AMESim是法国IMAGINE公司推出的基于键合图的液压和机械系统建模仿真及动力学分析软件。

AMESim是一个多学科领域的建模仿真平台, 在统一的平台上实现了多学科领域的系统工程的建模与仿真, 包括机械、液压、气动、热、电和磁等物理领域。不同领域的模块之间直接的物理连接方式使AMESim成为多学科领域系统工程建模和仿真的标准环境。AMESim 具有丰富的模型库( 23 个模型库,2 500 多个模块, 每个模块用直观的ISO标准符号来示) , 用户可以采用基本元素法, 用已有模块按照实际物理系统来构建自定义模块或仿真模型, 而不需要去推导复杂的数学模型。智能求解器能根据所建模型的数学特性自动地在17种算法中选择最佳的积分算法,并具有精确的不连续性处理能力, 以缩短仿真时间和提高仿真精度。AMESim提供了齐全的分析工具以方便用户分析和优化系统, 包括线性化分析工具、模态分析工具、频谱分析工具和模型简化工具等。

2.2 建立仿真模型

根据图1所示三级电液伺服阀的结构原理将模型分为: 先导阀、功率滑阀和伺服控制3个部分。

先导阀选用AMESim 软件液压库中标准的二级伺服阀模块, 此模块考虑了先导阀的静态特性和动态特性, 并按国外已有的标准产品的特性来设置参数。如图3所示。

图3 先导阀模型图