CN108021737B - 一种液压阀件仿真建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压阀件仿真建模方法，属于仿真建模技术领域。所述方法包括：确定液压阀件中的关键要素，所述关键要素包括实物要素和参数要素，所述实物要素为所述液压阀件中的关键零部件，所述参数要素为所述实物要素的参数；绘制所述液压阀件中的各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，所述工作流程图用于指示所述实物要素的参数要素的变化趋势；根据各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，建立要素关系表，所述要素关系表用于指示各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系；在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型。

Description

一种液压阀件仿真建模方法

技术领域

本发明涉及仿真建模技术领域，特别涉及一种液压阀件仿真建模方法。

背景技术

液压产品的仿真分析验证是一种低成本、高效益的液压产品研发手段。液压仿真建模是仿真分析验证过程中的重要环节，仿真模型的准确性决定了仿真分析结果的可信度。

AMESim是一款基于功率键合图的机电液系统仿真分析软件，由于该软件采用图形化的建模方法，且具有丰富的元件建模库，在液压产品的仿真分析验证过程中应用广泛。

在使用AMESim进行液压仿真建模时，对于相对简单或可进行简化的液压元件，直接在AMESim的液压(Hydraulic)库中选取合适的元件模型即可。但对于复杂液压元件，特别是复杂液压阀件(如平衡阀、负载敏感多路阀等)，则需要根据液压元件的工作原理，在液压元件设计(Hydraulic Component Design)库、机械(Mechanical)库等库中选取合适的元件模型，并进行功能组合，以实现复杂液压元件仿真模型建立。

采用上述方式对复杂液压阀件进行仿真建模时，整个过程主要侧重于复杂液压阀件的工作原理分析和力学方程的推导，并没有对复杂液压阀件的关键要素(如阀芯、压力容腔、节流孔等)及要素之间关系进行分析验证，导致复杂液压阀件仿真模型工作原理正确性无法得到保障。

发明内容

为了解决现有技术中对复杂液压阀件进行仿真建模时没有对复杂液压阀件的关键要素及要素之间关系进行分析验证的问题，本发明实施例提供了一种液压阀件仿真建模方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种液压阀件仿真建模方法，所述方法包括：

确定液压阀件中的关键要素，所述关键要素包括实物要素和参数要素，所述实物要素为所述液压阀件中的关键零部件，所述参数要素为所述实物要素的参数；

绘制所述液压阀件中的各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，所述工作流程图用于指示所述实物要素的参数要素的变化趋势；

根据各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，建立要素关系表，所述要素关系表用于指示各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系；

在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述实物要素包括阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、阻尼孔和电磁铁。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述参数要素包括阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间节流孔大小、压力容腔之间阻尼孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述要素关系表包括：压力容腔之间节流孔大小与阀芯位移的关系、压力容腔的压力对阀芯的作用方向。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型，包括：

建立各个所述实物要素对应的元件模型之间的管路、力以及位移关系模型，从而得到所述液压阀件仿真模型。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：

利用各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图和所述要素关系表，检验所建立的所述液压阀件仿真模型在不同工况下工作原理的正确性。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：当所建立的所述液压阀件仿真模型的工作原理的正确性出现错误时，对所述液压阀件仿真模型进行调整。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：

设置所述液压阀件仿真模型的参数，进行不同工况下阀件的仿真分析。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述方法还包括：

根据所述仿真分析的仿真结果与产品试验数据的对比情况，修正所述液压阀件仿真模型的参数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例通过确定液压阀件的关键要素，绘制出液压阀件在不同工况下关键要素中的各个实物要素的工作流程图，根据实物要素在不同工况下的工作流程图，确定各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系，得到要素关系表，在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型，在上述液压阀件的建模过程中，对液压阀件的关键要素及要素之间关系进行分析验证，使得建立的液压阀件模型是基于关键要素之间的关系实现的，提高了复杂液压阀件仿真模型工作原理正确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种液压阀件仿真建模方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种液压阀件仿真建模方法的流程图；

图3是一种平衡阀的内部结构示意图；

图4是本发明实施例的提供的工作流程图；

图5A-图5D是本发明实施例的提供的元件模型示意图；

图6是本发明实施例的提供的平衡阀的仿真模型示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种液压阀件仿真建模方法的流程图，参见图1，该方法包括：

步骤101：确定液压阀件中的关键要素，所述关键要素包括实物要素和参数要素。

其中，所述实物要素为所述液压阀件中的关键零部件，如阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、阻尼孔和电磁铁，所述参数要素为所述实物要素的参数，如阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间节流孔大小、压力容腔之间阻尼孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量。

步骤102：绘制所述液压阀件中的各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图。

其中，所述工作流程图用于指示所述实物要素的参数要素的变化趋势。

步骤103：根据各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，建立要素关系表。

其中，所述要素关系表用于指示各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系。

步骤104：在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型。

本发明实施例通过确定液压阀件的关键要素，绘制出液压阀件在不同工况下关键要素中的各个实物要素的工作流程图，根据实物要素在不同工况下的工作流程图，确定各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系，得到要素关系表，在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型，在上述液压阀件的建模过程中，对液压阀件的关键要素及要素之间关系进行分析验证，使得建立的液压阀件模型是基于关键要素之间的关系实现的，提高了复杂液压阀件仿真模型工作原理正确性。

图2是本发明实施例提供的另一种液压阀件仿真建模方法的流程图，该方法应用在AMESim中，参见图2，该方法包括：

步骤201：确定液压阀件中的关键要素，所述关键要素包括实物要素和参数要素。

具体地，步骤201可以包括：根据液压阀件的结构，识别出该液压阀件的实物要素；根据实物要素确定对应的参数要素。其中，根据液压阀件的结构，识别出该液压阀件的实物要素的详细过程包括：确定液压阀件包括的零部件；确定液压阀件包括的零部件中哪些属于实物要素，其中哪些零部件属于实物要素可以实现定义。

其中，所述实物要素为所述液压阀件中的关键零部件，如阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、阻尼孔和电磁铁，所述参数要素为所述实物要素的参数，如阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间节流孔大小、压力容腔之间阻尼孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量。其中，阀芯位移包括距离和方向，压力容腔的有效作用面积是指压力容腔对阀芯的有效作用面积。

其中，阀芯可以包括主阀芯、先导阀芯以及先导控制阀芯等，弹簧可以包括先导控制弹簧以及先导阀芯复位弹簧等。压力容腔的有效作用面积是指压力容腔的容腔压力对阀芯的有效作用面积。

当然，除了上述要素外，在一些液压阀件中，还可以包括其他要素，本发明实施例对此不做限制。

下面以平衡阀对液压阀件中的关键要素进行举例说明：

平衡阀内部结构图如图3所示，该平衡阀包括主阀芯S1、先导阀芯S2、先导控制阀芯S3、先导控制弹簧m1、先导阀芯复位弹簧m2、压力容腔a、压力容腔b、压力容腔x、压力容腔c、压力容腔d、与压力容腔a连通的油口A、与压力容腔b连通的油口B和与压力容腔x连通的油口X，压力容腔a和压力容腔b之间布置有可变节流孔ab，压力容腔b和压力容腔d之间设置有可变节流孔bd1，压力容腔b和压力容腔d之间设置有固定大小的阻尼孔bd2，压力容腔c和压力容腔d之间设置有固定大小的阻尼孔cd，压力容腔a和压力容腔c之间设置有可变节流孔ac。其中，压力容腔a的容腔压力为Pa，压力容腔b的容腔压力为Pb，压力容腔x的容腔压力为Px，压力容腔c的容腔压力为Pc，压力容腔d的容腔压力为Pd，可变节流孔ab的大小为VRab，可变节流孔bd1的大小为VRbd，阻尼孔bd2的大小为FRbd，阻尼孔cd的大小为FRcd，可变节流孔ac的大小为VRac。

进一步地，在确定出上述关键要素后，还可以建立关键要素表，该关键要素表包括要素名称、代号以及要素类型。例如，表1所示即为平衡阀的关键要素表，具体参见表1。

表1

步骤202：绘制所述液压阀件中的各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，所述工作流程图用于指示所述实物要素的参数要素的变化趋势。

其中，参数要素的变化趋势用于指示步骤201确定出的各个参数在具体工况下的变化情况，例如压力增大或减小、节流孔大小增大或减小、阀芯的移动方向，或者满足特定条件等。

进一步地，在绘制工作流程图时，可以只绘制出发生变化的参数要素。

下面继续以平衡阀(结合图3)为例，对步骤202进行说明：

平衡阀通常具有三种工况：(1)负载上升工况，此时压力油从油口A向油口B自由流动；(2)负载保持工况，此时油口X无压力油，压力容腔b充满压力油，油口B至油口A为关闭状态；(3)负载下降工况，此时油口X压力油作用在先导控制阀芯上，使得油口B至油口A回油。其中，负载下降工况为平衡阀最为复杂的工况，本发明实施例以平衡阀在负载下降工况的工作原理进行叙述。

结合图3，平衡阀在负载下降工况的工作原理为：压力容腔x的压力Px作用在先导控制阀芯S3左端，压力容腔x的压力Px增大，且当Px*Ax3-K1*X1>Pc*Ac2+Pd*Ac3成立时，先导控制阀芯S3向右移动；主阀芯位移X1增加，并通过推杆推动先导阀芯S2右移，先导阀芯位移X2增加，先导阀芯S2和主阀芯S1相对位移增大，即(X2-X1)增大，使得节流孔的大小VRac变大、VRbd变小，故压力容腔Pc、Pd压力减小，当Pc、Pd对主阀芯S1向左的作用力小于压力容腔c压力Pc对S1向右的作用力时，即当Pc*Ac1+Pc*Ad1<Pb*Ab1成立成立时，主阀芯S1向右移动。主阀芯位移X1进一步增加，使得节流孔的大小VRab变大，油口B至油口A开口增大。同时，主阀芯S1向右移动时，导致先导阀芯S2和主阀芯S1相对位移减小，即(X2-X1)减小，使得节流孔VRac变小、VRbd变大，即压力容腔Pc、Pd压力开始增大，当Pc*Ac1+Pc*Ad1>Pb*Ab1时，主阀芯位移X1减小，即向左移动。主阀芯S1向左移动，节流孔VRab变小，使得油口B至油口A开口减小。先导阀芯S2和主阀芯S1相对位移(X2-X1)减小，节流孔VRac变大、VRbd变小，即压力容腔Pc、Pd压力开始减小，当Pc*Ac1+Pc*Ad1＝Pb*Ab1成立时，主阀芯S1停止运动，油口B至油口A流道保持平衡开度，最终实现负载平衡下降。

根据上述平衡阀在负载下降工况的工作原理，可绘制出关键要素工作流程图，如图4所示，图4中上下箭头分别表示增大和减小，左右箭头分别表示向左和向右。

步骤203：根据各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，建立要素关系表，所述要素关系表用于指示各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系。

在工作流程图的基础上，确定阀件阀芯、节流孔、压力容腔及相关参数之间的关系，建立液压阀件阀芯、节流孔、压力容腔的要素关系表。该要素关系表包括：压力容腔之间节流孔大小与阀芯位移的关系、压力容腔的压力对阀芯的作用方向。

具体地，以节流孔或阻尼孔为基础，从工作流程图上确定与节流孔或阻尼孔大小变化相关的阀芯；进一步确定阀芯位移与节流孔大小关系；从工作流程图上确定与阀芯位移对应的压力容腔以及压力容腔的压力对阀芯的作用方向。

结合图3、图4，可得到平衡阀的阀芯、节流孔、压力容腔及相关参数的要素关系表，如表2所示。

表2

步骤204：在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型。

其中，在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型时，可以液压阀件的内部结构图来完成，例如结合图3完成平衡阀的实物要素对应的元件模型选择。

其中，所述采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型，包括：

建立各个所述实物要素对应的元件模型之间的管路、力以及位移关系模型，从而得到所述液压阀件仿真模型。

其中，管路，即液压阀件实物要素之间油液流动的渠道，例如，b腔与d腔之间有油液流动，就需要在两腔之间建立管路模型；力，用于建立液压阀件实物要素之间具有力传递关系的模型，例如阀芯与弹簧之间需要建立具有力传递关系的模型；位移，指液压阀件实物要素存在的位移关系，例如阀芯最大、最小位移，控制阀芯与先导控制阀芯等需要建立位移关系模型。

在AMESim仿真软件的Hydraulic Component Design、Mechanical等库中选取相匹配的元件模型，并根据要素关系表，构建各实物要素之间的管路、力、位移等关系模型，初步建立平衡阀仿真模型。以平衡阀为例，平衡阀的实物要素对应的仿真元件模型如表3所示，平衡阀仿真模型如图6所示。

表3

步骤205：利用各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图和所述要素关系表，检验所建立的所述液压阀件仿真模型在不同工况下工作原理的正确性。

根据图4和表2，检验平衡阀仿真模型在不同工况下工作原理的正确性。例如，可参见表2第5列“压力容腔的压力对阀芯的作用方向”，检验图6中仿真模型中各压力容腔对阀芯的作用方向。具体地，可以逐条检测要素关系表中的压力容腔对阀芯的作用方向是否正确。例如，表2中的“Pa(→)S1”表示压力Pa对阀芯S1的作用力向右，检测仿真模型中Pa对阀芯S1的作用力方向是否也向右，如果检测结果为向右则正确，否则错误。当所建立的所述液压阀件仿真模型的工作原理的正确性出现错误时，对所述液压阀件仿真模型进行调整，直到检测结果为正确。具体对所述液压阀件仿真模型进行调整，可以重复前述步骤201-204以排查错误并纠正，从而调整液压阀件仿真模型。

步骤206：设置所述液压阀件仿真模型的参数，进行不同工况下阀件的仿真分析。

其中，液压阀件仿真模型的参数可以包括阀芯直径、阀芯零位遮盖特性、阀芯质量、阀芯极限位移、弹簧刚度等。

以平衡阀为例，平衡阀仿真模型的参数可以设置如下：主阀芯S1直径为13mm，主阀芯S1零位遮盖值为0，主阀芯S1质量0.5kg，主阀芯S1极限位移为4mm，先导控制弹簧刚度为40N/mm，先导阀芯复位弹簧刚度为100N/mm等。

通过对液压阀件仿真模型的参数进行设置，进而完成各种工况下的仿真分析。

步骤207：根据所述仿真分析的仿真结果与产品试验数据的对比情况，修正所述液压阀件仿真模型的参数，从而完善仿真模型。

设置阀件仿真模型参数，进行不同工况下阀件的仿真分析，根据仿真结果与产品试验数据(一般由厂家提供)的对比情况，修正仿真参数，使得最终仿真结果与产品试验数据保持一致(仿真结果与产品试验数据的差值控制在设定范围内)。以平衡阀为例，对平衡阀进行仿真分析，仿真结果可以包括：平衡阀反向开启压力、反向开启和关闭时间、反向和正向流动的压力损失等。

需要说明的是，步骤206至步骤207中提到的对仿真模型进行仿真分析的具体操作步骤属于本领域常规操作，对此本申请不做详细说明。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种液压阀件仿真建模方法，其特征在于，所述方法包括：

确定液压阀件中的关键要素，所述关键要素包括实物要素和参数要素，所述实物要素为所述液压阀件中的关键零部件，所述参数要素为所述实物要素的参数；

绘制所述液压阀件中的各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，所述工作流程图用于指示所述实物要素的参数要素的变化趋势；

根据各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图，建立要素关系表，所述要素关系表用于指示各个所述实物要素的参数要素变化的对应关系；

在AMESim软件的库中找出与各个所述实物要素对应的元件模型，并根据所述要素关系表，采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型；

利用各个所述实物要素在不同工况下的工作流程图和所述要素关系表，检验所建立的所述液压阀件仿真模型在不同工况下工作原理的正确性；

当所建立的所述液压阀件仿真模型的工作原理的正确性出现错误时，对所述液压阀件仿真模型进行调整，直到检测结果为正确。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实物要素包括阀芯、油口、压力容腔、弹簧、节流孔、阻尼孔和电磁铁。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参数要素包括阀芯位移、弹簧刚度、压力容腔之间节流孔大小、压力容腔之间阻尼孔大小、压力容腔压力、压力容腔的有效作用面积和油口流量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述要素关系表包括：压力容腔之间节流孔大小与阀芯位移的关系、压力容腔的压力对阀芯的作用方向。

5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述采用各个所述实物要素对应的元件模型建立液压阀件仿真模型，包括：

建立各个所述实物要素对应的元件模型之间的管路、力以及位移关系模型，从而得到所述液压阀件仿真模型。

6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置所述液压阀件仿真模型的参数，进行不同工况下阀件的仿真分析。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述仿真分析的仿真结果与产品试验数据的对比情况，修正所述液压阀件仿真模型的参数。

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