超高压电磁换向阀动态特性计算机仿真

　　液压系统的设计过去都是由人工进行，近十多年来，由于计算机技术的迅速发展，在液压技术领域计算机也得到较多应用，液压系统的计算机辅助设计（CAD）获得了较快发展，特别是液压系统的动态特性分析，往往要借助于计算机的应用。

　　并不是所有的液压系统都需要进行动特性分析。对新设计的泵、阀类液压元件，一般都需要进行动态分析，对于现有的液压设备和产品，因其动态性能不能满足要求进行改进设计时，往往需要先对原有系统进行动态分析，找出问题所在，然后在改进设计中克服原有缺陷，并对改进设计的系统再进行动态分析，以验证改进是否成功。

　　为了求得系统在动态过程中的瞬态响应，可以对系统的动态特性进行数字仿真，即建立系统在动态过程中的数学模型状态方程，然后在数字计算机上求出系统中各主要变量在动态过程中的时域解。

　　本文仅对超高压电磁换向阀的动态特性进行初步的分析。

　　1数学模型的建立超高压电磁换向阀是超高压液压系统中的换向元件其结构见）。压力损失及泄漏量是其主要的性能指标。压力损失大，则说明通过该阀的功率损耗大，导致油温升高，这对液压系统将带来不良影响。电磁阀密封性能的好坏，表现在泄漏上，外泄漏造成油液损耗及环境污染，是不允许出现的。内泄漏不可避免，但应力求减少。本文通过建立阀芯在运动过程中的力平衡方程，分析电磁换向阀压力损失及内泄漏的瞬态特性。

　　超高压电磁换向阀在控制信号输入后，阀芯移动尚未打开滑阀阀口时，须克服阀芯两端推杆处密封阻力，对湿式电磁铁，其值为零；阀孔和阀体之间的液压卡紧力；复位弹簧的作用力；滑阀移动粘滞阻尼力。阀芯移动并打开阀口时，须克服液流流动对阀芯产生的稳态液动力；液流动量变化对阀芯产生的瞬态液动力；滑阀移动粘滞阻尼力及复位弹簧作用力。

　　控制信号撤除后，复位弹簧刚开始复位时，须克服阀孔和阀体之间的液压卡紧力；液流流动对阀芯产生的稳态液动力；液流动量变化对阀芯产生的瞬态液动力；电磁铁的剩磁力。当阀芯移动开关尚有开基金项目：国家机械局计划任务，项目编号：98182001杨红艳等超高压电磁换向阀动态特性计算机仿真口量时，须克服滑阀移动粘滞阻尼力；液流流动对阀芯产生的稳态液动力；液流动量变化对阀芯产生的瞬态液动力；电磁铁的剩磁力。阀口关闭以后，阀芯移动须克服滑阀移动粘滞阻尼力；电磁铁的剩磁力。

　　超高压电磁换向阀结构图具体方程为：1.1电磁铁通电，阀芯开始移动，但阀口未打开：1.2电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开：1.3电磁铁断电，弹簧推动阀芯复位：1.4弹簧推动阀芯复位并有开口量：1.5弹簧推动阀芯复位只有封油量：主弹簧刚度；k2-电磁铁推侧以模拟为：F=，5.78 -稳态液动力；Fs瞬态液动力；Fsc电磁铁剩磁力；ki复弹簧刚度；x.主弹簧预压缩量（电磁铁通电，打开阀口时）（电磁铁断电，弹簧推动阀芯复位且有开口量时）专广0. Qg??公称流量；T阀口处液流角；G??滑阀流量系数；/??摩擦系数；h液压阀；封油长度；pi?进口处压力；p2?出口处压力；D阀芯与阀体单边间隙内蒙古工业大学学报kmax大开口量确定状态方程变量：x1??阀芯位移；p??阀芯速度状态方程：电磁铁通电，阀芯开始换向：电磁铁断电，弹簧推动阀芯复位：输出方程：第二项为阀孔的局部压力损失；第三项为0口到0口的机加工流道的压力损失。

　　△P压力损失A，1??进出口管道内（阀前孔）油液流动时的沿程摩擦阻力系数r油液重度1y1??计算沿程压力损失的管道长度（阀前孔的长度）d1一进出口管道水力直径（阀前孔直径）a??滑阀阀口局部阻力系数，一般1管道（阀前孔）内油液平均流速V/??滑阀阀口局部压力损失的计算流速入>3??o口到o口机加工流道的沿程摩擦阻力系数1y3计算沿程压力损失的管道长度（o口到o口）ds3o口到o口机加工流道的水力直径V.3o口到o口机加工流道内油液平均流速杨红艳等超高压电磁换向阀动态特性计算机仿真lf有效封油量电磁铁通电，阀芯开始换向：电磁铁断电，弹簧推动阀芯复位：阀芯与阀体的单边配合间隙；2应用MATLAB进行计算机求解油液动力粘度；MATLAB自1984年由美国MathWorks公司推向市场以来，经历十几年的竞争和发展，现在已成为IEEE评述的国际公认的优秀科技应用软件该软件有三大特点：一是功能强大（数值计算和符号计算计算结果和编程可视化数字化和文字统一处理离线和在线计算）；二是界面友善语言自然（以复数矩阵为计算单位，指令表达与标准教科书的数学表达式相近）；三是开放性强（仅该公司本身就推出了三十多个应用工具箱）。MATLAB的这些特点使它获得了对应用科学，特别是对边缘科学和交叉科学，极强的适应能力并且很快成为计算机辅助分析、设计、仿真教学及科技文字处理不可缺少的基础软件。

　　数值积分方法采用rk45.当系统为高度非线性或不连续时，使用龙格库塔法是好的，而且该方法适用于连续和离散的混合系统本文的数学模型为非线性状态方程，故采用rk45法。

　　由SIMUlink建立的模型见，其它过程的数学模型略。

　　电磁铁通电，阀芯开始移动，但阀口未打开时的模型3仿真结果系统公称压力为80Mpa，电磁换向阀公称通径为8mm. 3.1大开口量为1.6mm，阀芯直径12mm，阀芯与阀体单边配合间隙8< 1CT3mm.当输入流量分别为：3.625L/min，2.32L/min，1.45L/min时，压力损失的仿真结果见。

　　3.2阀芯直径12mm，阀芯与阀体单边配合间隙8<10 3mm，输入流量3. 625L/min.压力损失与开口量关系的仿真结果见。

　　3.3大开口量为1.6mm，阀芯直径12mm，输入流量为3. 625L/min.当阀芯与阀体单边配合间隙3.4大开口量为1.6mm，阀芯与阀体单边配合间隙8< 10"3mm，输入流量为3.625L/min，当阀芯直径为z8mm12mm16mm时，泄漏量的仿真结果见图图内蒙古工业大学学报电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开过程的压损弹簧推动阀芯复位并有开口量过程的压损电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开过程的泄漏量弹簧推动阀芯复位并有开口量过程时泄漏量电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开过程的泄漏量0弹簧推动阀芯复位并有开口量过程时泄漏量199‘（阀芯直径分别为PublishingI芯直径分别为电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开过程压损与开口量的关系弹簧推动阀芯复位并有开口量过程时压损与开口量的关系杨红艳等超高压电磁换向阀动态特性计算机仿真4结论4.1阀口刚开时Ap大，在0.5<1CT4s后，Ap较小，且此时流量的变化对压损影响不大，阀口将关闭时Ap大。

　　4.2滑阀开口量与压力损失成反比，当开口量小于0.04cm，A显著增大。

　　4.3当阀体与阀芯单边配合间隙为8< 3mm时，泄漏量显著增大；3- 5　　在阀口刚打开和将关闭时，泄漏量大；0.豕1CT 4s后泄漏量很小。

　　4.4阀芯直径与泄漏量基本为线性关系。同样，在阀口刚打开和将关闭时，泄漏大；0. 5<104s后泄漏量很小。