CN103939423B - 一种负载敏感多路阀仿真建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布一种负载敏感多路阀仿真建模方法，属于液压技术领域。本发明对负载敏感多路阀的基本组件单独建立仿真模型，然后将各组件的仿真模型进行组合叠加，从而得到整体的模型。本发明利用元件库建立节流口的仿真模型，仿真过程中考虑泄露对系统的影响，给出泄露模块的建立方法；对于复杂的节流口形状，在计算节流口的通流面积时，单纯利用AMEsim软件无法进行参数的设置，本发明利用Matlab计算软件提取数据，将数据库导入到仿真模型中进行仿真计算；考虑液压流动过程的沿程压力损失与局部的压力损失，建立油道的仿真模型，并对油液容腔进行设置，能够更加真实的反应系统特性。
Description
技术领域
本发明涉及液压技术领域，具体是一种负载敏感多路阀仿真建模方法。
背景技术
随着工程机械的精准化、平稳化、快速化和绿色化的推进，依靠负载压力进行流量调节的负载敏感液压系统得到了越来越广泛的应用。负载敏感阀作为负载敏感液压系统的关键部件，其性能优劣直接影响着工程机械的性能。随着对液压系统要求的不断提高，液压元件的研发难度也随之不断提升。于是在研发过程中采用实时仿真成为节约研发成本、提高研发效率及成功率的一项重要手段。负载敏感多路阀由于结构复杂、控制精度要求高、需要与主机系统匹配等特点，特别需要在研发的过程中进行仿真测试。
在负载敏感多路阀的建模仿真方法中，主要包括基于传统控制理论的传递函数法是指在分析阀内部结构及功能原理的基础上，根据经典控制理论，建立方程，然后对方程进行拉普拉斯变换，将整个负载敏感多路阀用一个传递函数表示出来，由于这种方法只能用于单输入单输出，并且在拉普拉斯变换的过程中，将部分非线性的环节进行了线性化，造成模型失真，同时，这种建模方法只能观察输入和输出，对内部的其他参数的变化无法显示，因此该模型的仿真精度及适用范围均得到了很大的限制。
状态空间变量法，是指对模型方程进行变换，得到常微分方程组，通过软件建立数学模型。相对于传递函数模型，状态空间变量模型没有线性化环节，并且能够对内部各种参数的变化进行显示，因此在仿真测试的准确性及全面性方面要远远好于传递函数法。
目前建立状态空间变量模型的方法主要有以下两种：
一种是利用Matlab，根据负载敏感多路阀的结构建立仿真模型。这种建模方法的优点是在建模过程中对结构进行准确分析，并且能够与机电液等其他结构进行联合仿真，能够对仿真算法进行选择。但是这种方法需要首先建立详细的状态空间方程组，容易在计算中出错，同时，系统的资源占用较高，仿真速度慢。
另一种是采用AMESim，这种建模方法的优点是不需要建立状态空间方程组，仅需要根据油液流动建立起数学模型。缺点是只能对常用的结构进行建模，对复杂结构形式难以准确描述。
无锡汇虹机械制造有限公司曾申请公开号为CN102966629A的“一种负载敏感变量泵仿真模型的建立方法”。但是此技术存在以下几个不足：
1、专利中提及到利用HCD建立变量泵的主体、负载敏感控制阀、压力控制阀和变量油缸的建立方法，但是没有给出复杂节流口形式以及泄露量等的建立方法；
2、专利中虽然涉及到了模型的建立方法，但是没有给出具体参数的处理方式，尤其是对无法量化的结构参数或者无法手动输入的参数的处理方法；
3、专利中仅仅提到了泵的主要建模方式，并没有给出连接油道的处理方式。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种负载敏感多路阀仿真建模方法。
本发明通过一下技术方案实现：一种负载敏感多路阀仿真建模方法，主要由以下步骤组成：
（1）为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型；所述负载敏感多路阀的组件单元包括主换向阀、压力补偿阀、液阻、安全阀、二次溢流阀、梭阀以及阀体结构；
当所述组件单元为主换向阀时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
所述质量模块用于描述所述主换向阀的运动特性，包括粘性阻尼、运动行程、质量、运动方向、静摩擦力；
所述节流口模块用于描述所述主换向阀的节流特性，包括阀芯开口量、阀芯通流面积、流量系数、液容长度、水力半径、液动力、阀芯大径、阀芯小径、阀芯行程、阀芯遮盖量、入射角、入射角系数；所述阀芯通流面积是指与液流运动方向垂直的阀芯的开口面积；对于形状复杂的节流口，采用Matlab与AMESim相结合的方法，利用Matlab强大的数值计算能力计算得到阀芯通流面积，然后代入所述的节流口模块；
所述活塞模块用于描述液压作用力对所述主换向阀的影响，包括阀芯大径、阀芯小径；
所述弹簧模块用于描述弹簧对所述主换向阀运动的影响，包括弹簧预压缩量、弹簧刚度；
所述泄漏模块用于描述所述主换向阀的泄漏情况，包括阀芯大径、配合间隙、密封长度；所述配合间隙是指所述主换向阀阀芯与阀孔之间的间隙大小；所述密封长度是指阀芯与阀孔之间用于密封的长度；
当所述组件单元为压力补偿阀时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
当所述组件单元为液阻时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HR库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括不同类型的阻尼；
当所述组件单元为安全阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块
当所述组件单元为二次溢流阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块
当所述组件单元为梭阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块；
（2）指通过所述压力补偿阀对所述主换向阀的压差进行压力补偿；
通过所述梭阀对通过所述负载敏感阀的流量进行控制；
利用模块化的结构模拟油道中的各个节流口，同时设定液压油缓冲油腔，来模拟阀体中的油路；
（3）所述各组件的仿真模型进行组合叠加，具体为：根据流量连续性对各组件单元的仿真模型进行整合，并通过油路将各个元件连接在一起。
本发明对负载敏感多路阀的基本组件单独建立仿真模型，然后将各组件的仿真模型进行组合叠加，从而得到整体的模型。本发明利用元件库建立节流口的仿真模型，同时给出节流口的主要的控制参数，完善节流口建模不足的问题；仿真过程中考虑泄露对系统的影响，并给出泄露模块的建立方法；对于复杂的节流口形状，在计算节流口的通流面积时，单纯利用AMEsim软件无法进行参数的设置，本发明中利用Matlab计算软件提取数据，将数据库导入到仿真模型中进行仿真计算；考虑液压流动过程的沿程压力损失与局部的压力损失，建立油道的仿真模型，并对油液容腔进行设置，能够更加真实的反应系统特性。
附图说明
图1是本发明流程图。
具体实施方式
以下是本发明的一个具体实施例。
如图1所示，本发明对负载敏感多路阀的基本组件单独建立仿真模型，然后将各组件的仿真模型进行组合叠加，从而得到整体的模型，其主要由以下步骤组成：
（1）为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型；所述负载敏感多路阀的组件单元包括主换向阀、压力补偿阀、液阻、安全阀、二次溢流阀、梭阀以及阀体结构；
当所述组件单元为主换向阀时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
所述质量模块用于描述所述主换向阀的运动特性，包括粘性阻尼、运动行程、质量、运动方向、静摩擦力；
所述节流口模块用于描述所述主换向阀的节流特性，包括阀芯开口量、阀芯通流面积、流量系数、液容长度、水力半径、液动力、阀芯大径、阀芯小径、阀芯行程、阀芯遮盖量、入射角、入射角系数；所述阀芯通流面积是指与液流运动方向垂直的阀芯的开口面积；对于形状复杂的节流口，采用Matlab与AMESim相结合的方法，利用Matlab强大的数值计算能力计算得到阀芯通流面积，然后代入所述的节流口模块；
所述活塞模块用于描述液压作用力对所述主换向阀的影响，包括阀芯大径、阀芯小径；
所述弹簧模块用于描述弹簧对所述主换向阀运动的影响，包括弹簧预压缩量、弹簧刚度；
所述泄漏模块用于描述所述主换向阀的泄漏情况，包括阀芯大径、配合间隙、密封长度；所述配合间隙是指所述主换向阀阀芯与阀孔之间的间隙大小；所述密封长度是指阀芯与阀孔之间用于密封的长度；
当所述组件单元为压力补偿阀时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
当所述组件单元为液阻时，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HR库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括不同类型的阻尼；
当所述组件单元为安全阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块
当所述组件单元为二次溢流阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块
当所述组件单元为梭阀，则所述为负载敏感多路阀中的组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块；
（2）指通过所述压力补偿阀对所述主换向阀的压差进行压力补偿；
通过所述梭阀对通过所述负载敏感阀的流量进行控制；
利用模块化的结构模拟油道中的各个节流口，同时设定液压油缓冲油腔，来模拟阀体中的油路；
（3）所述各组件的仿真模型进行组合叠加，具体为：根据流量连续性对各组件单元的仿真模型进行整合，并通过油路将各个元件连接在一起。
本发明利用元件库建立节流口的仿真模型，同时给出节流口的主要的控制参数，完善节流口建模不足的问题；仿真过程中考虑泄露对系统的影响，并给出泄露模块的建立方法；对于复杂的节流口形状，在计算节流口的通流面积时，单纯利用AMEsim软件无法进行参数的设置，本发明中利用Matlab计算软件提取数据，将数据库导入到仿真模型中进行仿真计算；考虑液压流动过程的沿程压力损失与局部的压力损失，建立油道的仿真模型，并对油液容腔进行设置，能够更加真实的反应系统特性。
Claims (1)
1.一种负载敏感多路阀仿真建模方法，其特征在于，主要由以下步骤组成：
（1）为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型；所述负载敏感多路阀的组件单元包括主换向阀、压力补偿阀、液阻、安全阀、二次溢流阀、梭阀以及阀体结构；
当所述组件单元为主换向阀时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
所述质量模块用于描述所述主换向阀的运动特性，包括粘性阻尼、运动行程、质量、运动方向、静摩擦力；
所述节流口模块用于描述所述主换向阀的节流特性，包括阀芯开口量、阀芯通流面积、流量系数、液容长度、水力半径、液动力、阀芯大径、阀芯小径、阀芯行程、阀芯遮盖量、入射角、入射角系数；所述阀芯通流面积是指与液流运动方向垂直的阀芯的开口面积；对于形状复杂的节流口，采用Matlab与AMESim相结合的方法，利用Matlab强大的数值计算能力计算得到阀芯通流面积，然后代入所述的节流口模块；
所述活塞模块用于描述液压作用力对所述主换向阀的影响，包括阀芯大径、阀芯小径；
所述弹簧模块用于描述弹簧对所述主换向阀运动的影响，包括弹簧预压缩量、弹簧刚度；
所述泄漏模块用于描述所述主换向阀的泄漏情况，包括阀芯大径、配合间隙、密封长度；所述配合间隙是指所述主换向阀阀芯与阀孔之间的间隙大小；所述密封长度是指阀芯与阀孔之间用于密封的长度；
当所述组件单元为压力补偿阀时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
当所述组件单元为液阻时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HR库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括不同类型的阻尼；
当所述组件单元为安全阀时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
当所述组件单元为二次溢流阀时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块、弹簧模块、泄漏模块；
当所述组件单元为梭阀时，则所述为负载敏感多路阀中的各组件单元单独建立仿真模型具体为：利用AMESim中的HCD库为负载敏感多路阀中的组件单元建立仿真模型，模型包括质量模块、节流口模块、活塞模块；
（2）通过所述压力补偿阀对所述主换向阀的压差进行压力补偿；
通过所述梭阀对通过所述负载敏感多路阀的流量进行控制；
利用模块化的结构模拟油道中的各个节流口，同时设定液压油缓冲油腔，来模拟阀体中的油路；
（3）所述各组件单元的仿真模型进行组合叠加，具体为：根据流量连续性对各组件单元的仿真模型进行整合，并通过油路将各个组件单元连接在一起。
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