基于AMESim的高速开关阀动态特性仿真研究

以某型号电子限滑差速器中的无复位弹簧式高速开关阀为研究对象，分析了该高速开关阀的结构及工作原理，并建立了机、电、磁、液等各个耦合部分的数学模型。运用AMESim建模仿真平台建立高速开关阀的阀芯位移动态响应模型，基于该模型对高速开关阀在一定PWM信号下进行动态时间响应特性仿真，分析了阀芯质量、驱动电压、黏性阻尼系数等参数对高速开关阀阀芯位移响应时间各个阶段的影响，通过仿真结果分析了响应时间滞后的原因，并从提高阀芯响应时间方面提出参数优化调整建议。     

脉宽调制先导级高速开关阀特性研究

在大型工程机械和农用车辆上,广泛采用电液比例阀作为工作装置控制元件。PWM先导级高速开关阀在100 Hz时良好的开关性能是决定电液比例阀性能的重要因素。该研究建立了高速开关阀的数学模型,并应用基于Simulation X系统的PWM高速开关先导阀的仿真模型,对高速开关阀阀芯位移响应特性进行研究,分析了弹簧刚度、工作气隙、衔铁质量、线圈电流等参数对阀芯位移响应的影响以及高速开关阀的流量特性,给出流量控制时PWM占空比的修正公式。     

纯水高速开关阀的设计与耦合仿真分析

设计了一种纯水高速开关阀，考虑阀中电磁回路、机械部分、液压系统之间的强耦合作用，建立了耦合数学模型，并利用专用软件构建了耦合仿真模型。仿真发现，当控制脉冲采用过小或过大的占空比时，开关阀流量控制会出现死区及非线性特征；而采用较大占空比时，开关阀流量受压降影响相对较小。由于阀芯与阀套间存在较大的粘性阻尼与摩擦力，阀芯位移的阶跃响应曲线并未出现超调现象，阀芯稳定时间较短，但受电磁铁磁滞的影响，阀芯关闭时间大于开启时间；同时发现阀芯线性度随控制脉冲频率的增大而降低，减小开关阀的开启、关闭时间，有利于扩大阀芯的线性度范围。     

大流量高速开关阀阀芯挤压油膜缓冲技术研究

针对大流量高速开关阀（流量450L/min、关闭时间8ms）阀芯冲击和振荡问题,设计了阀芯挤压油膜缓冲器,利用挤压油膜的非线性输出力和非线性阻尼对阀芯末端行程进行缓冲,在不影响阀关闭时间的情况下,大大减小阀芯冲击,消除阀芯振荡,使阀平稳关闭,从而显著提高阀的使用寿命、可靠性和密封性能。仿真和实验结果表明：当油膜厚度约为0.1mm时,缓冲器具有最佳缓冲效果,阀芯关闭过程接近理想状态。该阀流量大、响应速度快,阀芯缓冲方案新颖,在大功率、快速性场合具有重要应用价值。研究成果对其他液压元件的设计研究具有理论指导和借鉴价值。     

高速开关阀高频脉宽调制控制有效占空比工作范围的拓宽

高速开关阀在高频脉宽调制(Pulse width modulation,PWM)控制下阀芯可悬浮在某一开度,调节占空比即可改变阀口开度,实现对流量和压力的线性控制,因此在车辆控制系统得到广泛应用。但我国自主开发的高速开关阀PWM控制的有效占空比工作范围小,阀芯较易全开或全闭,为提高阀的可控性和控制精度,需要研究拓宽占空比的工作范围。基于汽车电子稳定程序(Electronic stability program,ESP)的高速开关阀,深入分析阀芯液动力的影响因素,应用AMESim、Matlab软件建立ESP液压系统的联合仿真模型,并经过试验验证,通过仿真得出阀座锥角、入口孔径对阀芯位移的影响,提出拓宽PWM控制占空比有效工作范围的关键参数,为高速开关阀的设计开发提供参考依据。     

先导自锁式高速开关阀的研究

为了消除振动或其他不确定因数对开关阀性能的影响,提出了一种先导自锁式高速开关阀的设计方案。该阀采用二级驱动的先导控制方式,并设计机械自锁的结构使阀在失电或未开启的状态下能够实现自锁,保证了工作的可靠性和稳定性。在设计过程中,为了优化其性能,建立其数学模型,并在MATLAB上建立了主阀芯开启时的运动模型,进行了仿真。仿真结果表明该阀的动态响应性能良好。     

先导式高速开关阀的优化设计与动态仿真

针对一种主阀为滑阀结构的先导式大流量高速开关阀控制腔面积的优化设计问题,首先对主阀芯进行了动力学分析,得到先导阀与主阀之间参数匹配的优化目标函数,依据该目标函数对一个具体的先导式大流量高速开关阀的控制腔面积进行优化设计。为验证理论优化的结果,基于AMESIM平台建立了该先导式大流量高速开关阀的精确仿真模型,通过动态仿真对控制腔面积进行优化,所得结果与理论分析优化的结果基本一致。研究结果表明,主阀芯换向时间与控制腔面积之间为非单调关系,存在一最佳控制腔面积使主阀换向时间最短。     

基于AMESim的电磁高速开关阀动静态特性研究

在分析电磁高速开关阀磁路及机液结构的基础上,采用AMESim建立了电磁高速开关阀模型,基于该模型在不同占空比及不同工作频率情况下进行了仿真,分析了PWM信号、电流、阀芯位移关系,从控制角度提出了改善电磁高速开关阀性能的思路。     

影响高速开关阀响应特性的主要设计参数分析

为研究影响数字比例阀先导级高速开关阀响应特性的主要因素,以常闭高速开关阀为研究对象,阐述了该阀结构特征及工作原理,分析了数学机理,运用ANSYS电磁仿真软件建立高速开关阀轴对称二维瞬态电磁模型。通过对高速开关阀电磁特性分析及实验测试,验证了所建模型的正确性。基于该模型在不同线圈匝数、阀芯质量、线圈内阻、复位弹簧刚度、衔铁与挡铁吸合接触面积时,对高速开关阀阀芯运动各阶段进行动态模拟,分析了影响高速开关阀响应特性的主要设计参数。结果表明:线圈匝数对高速开关阀响应速度的影响最大,当线圈匝数增加67%时,高速开关阀开启时间延长27.8%,关闭时间延长11.6%,总响应时间延长21.6%;线圈内阻、阀芯质量与复位弹簧刚度3个因素对高速开关阀响应速度的影响次之,环形接触面积对高速开关阀总响应时间影响较小,磁轭壁厚对高速开关阀运动各阶段响应时间基本没有影响。     

大流量气动高速开关阀的优化设计

针对大流量高速开关阀切换时间长的问题,对高速开关阀流量特性进行了分析,获得了电磁铁工作气隙与阀芯直径的匹配关系;对高速开关阀动作过程进行了分析,建立了开关阀运动耦合瞬态场模型;对电磁铁结构参数进行了Ansoft Maxwell2D仿真,研究了衔铁中心开孔大小、衔铁厚度、绕组匝数对开关阀开启时间的影响。在理论仿真分析的基础上,提出了一种兼顾响应时间的大流量高速开关阀。研究结果表明,经过优化后的开关阀,在进口压力为7 bar时,流量可达720 L/min,而切换时间仅为9.5 ms。     

Magneto-rheological directional control valve

The main part in hydraulic system is directional control valve. Directional control valve has complex construction such as moving spool to control the direction of actuator for required speed. Magneto-rheological (MR) fluid is one of controllable fluids. Utilizing the MR fluid properties, direct interface can be realized between magnetic field and fluid power without the need for moving parts like spool in directional control valves. This study proposes the design of four ways/three position MR proportional directional control valve (4/3 MR valve). The construction of valve and the principle of work are presented. Analysis for magnetic circuit and simulation for valve performance were done. The experiment was conducted to show the principle work of the valve functionally. Design and finite elements analysis using FEMM software of the MR valves were done to reach the optimal design. The valve works proportionally to control the direction and speed of hydraulic actuators. As the result, the optimal design of the valve achieved the optimum performance. The experimental result demonstrates the operation of 4/3 MR valve in 12 configurations. The 4/3 MR valve can replace many types of the spool directional control valve for controlling hydraulic actuator.     

低速大排量风能吸功泵流量特性研究

针对大功率液压型风力发电液压系统的需要,设计一种利用双圆柱凸轮驱动多排液压缸、换向阀配流的低速大排量风能吸功泵,并对所设计的风能吸功泵流量特性进行理论分析和仿真研究.提出在换向阀阀芯处增加节流槽,减小配油过程的压力冲击.根据换向阀的工作特点,建立了单腔室流量特性数学模型,得出在低转速工况下影响风能吸功泵内泄漏的主要因素...     

动力转向器转阀复合刃口的研发

分析了动力转向器阀芯刃口结构与特性曲线的几何关系,提出采用直线与圆弧组合成阀芯复合刃口,取代传统的单段圆弧结构,以改善传统产品高速行驶时不灵敏区过大、常用工作区手感差的问题。试验结果表明:复合刃口转阀特性曲线较传统结构更符合理想曲线,操控特性得到改善。     

一种大流量高速开关阀的研究与设计

介绍了一种新型的大流量高速开关阀,它采用二级控制,先导阀采用特殊心结构,并以超磁致伸缩驱动器作为电-机转换装置,大大提高了阀的切换速度及开关频率;主阀采用球阀结构,密封性好,响应速度快。试验结果表明,该阀切换时间为8～10 ms,最大输出流量达到120 L/min。与压电晶体式高速开关阀比较,能够获得更大的输出流量,而耗电功率却大大降低,是一种很有前途的高速开关阀。     

兼顾操纵性与节能性的ECHPS可变助力特性与控制策略

转向系统的助力特性设计与控制对重型车辆的操纵稳定性和节能性具有重要影响。以重型商用车旁通比例阀式电控液压转向系统(Electronically controlled hydraulic power steering system,ECHPS)为研究对象,在Matlab/Simulink中建立包含比例电磁阀子模型、机械系统子模型、液压系统子模型和3自由度整车转向动力学模型的ECHPS系统仿真模型,基于能量流原理分析转向助力特性对转向系统节能性的影响,设计了兼顾操纵性与节能性的ECHPS可变助力特性曲线。采用模糊比例积分微分(Proportional integral derivative, PID)控制策略对比例电磁阀的阀芯位移进行控制,使旁通流量随车速可变。搭建ECHPS性能试验台,对ECHPS在不同车速下的助力特性进行测试,试验结果与仿真设计的理想可变助力特性基本一致,可以实现重型车辆低速时转向轻便性和高速时的良好路感,同时改善了转向系统的节能性。     

旋转式水液压比例阀的动态特性仿真研究

水液压比例/伺服阀是水液压驱动的自动化装备的核心元件,控制着执行元件的运动速度及方向。设计了一种新型旋转式水液压比例阀,介绍了其组成、工作原理及特点,建立了数学物理模型,对其动态特性,特别是频率响应特性进行了仿真研究。得出:适当减小阀芯半径以及阀芯与阀套的配合长度,或适当增加阀芯与阀套的间隙,可提高系统的稳定性及响应频率;力矩电机的转矩常数与转速常数的选择也会影响系统的稳定性与响应频率。     

多功能液压破碎机阀芯泄漏特性的数值模拟分析

多功能液压破碎机用多路阀系统中,阀体和阀芯之间依靠间隙密封,因此不可避免会存在一定的泄漏量。过大的泄漏量不仅会造成能量的损失,还严重影响着阀的执行速度及工作性能。以多路阀转锤联阀芯、阀体无相对运动状态下的缝隙为例,采用理论计算以及数值仿真的方法研究间隙大小、偏心、阀芯直径、封油长度、均压槽数量等因素对泄漏流量的影响,得到各参数对泄漏流量的影响规律及缝隙中流体的运动状态,为阀芯、阀体配合缝隙处的结构设计和参数优化提供了参考,对工程实践具有重要的参考价值。     

Analysis of flow torques during opening and closing of high-frequency rotary directional control valve

A 2D high-frequency rotary directional control valve with a spool having two degrees of freedom for axial linear motion and circumferential rotation is proposed in this paper. The axial linear motion decides the maximum orifice area, and the circumferential rotation lets the orifice area change continuously. One of the known elements impacting valve function is the flow force. This paper systematically analyzes the steady and transient flow torques subjected to the valve through theoretical analysis, AMESim-Fluent joint simulation and experimental tests. The results show that: under a single variable, the flow torques of the 2D high-frequency rotary directional control valve initially increase and then decrease like the sinusoid curve with the rotation of the spool and reach the maximum when the orifice opening is 1/2, and the flow torques are always in the direction of orifice closing and want to close the orifice. When the orifice area increases, the flow torques are the resistance, preventing the spool from opening; when the orifice area decreases, the flow torques are the power, pushing the spool to close. The steady flow torques are proportional to the pressure drop. The direction of the transient flow torque is independent of the relative position of the spool groove and sleeve window, which proportional to the square root of the pressure drop, orifice area and rotational speed. The flow torques are so important in the control of valve and can not be negligible.     

某型导弹发射筒安全阀设计及动态特性仿真分析

安全阀是导弹发射筒装置上的一个重要元件,用于导弹发射后发射筒的安全卸压,从而对导弹发射筒及空气压缩机起到保护作用.针对某型导弹发射筒超压泄放的特定需求,设计出一种新型发射筒安全阀,并在此基础上建立其AMESim仿真模型,对其动态特性进行仿真分析,得到安全阀流道直径、容积腔体积、阀芯质量和弹簧刚度对该安全阀入口压力、流量...