基于AMEsim HCD库三位四通换向阀建模原理及参数讲解

本文探讨在AMEsim仿真软件中利用液压元件设计库进行三位四通电磁阀的草图设计和参数的讲解当然在利用AMEsim进行液压系统设计和仿真过程中也可直接利用Hydraulic液压库进行三位四通电磁阀的选定。不过这种标准液压库内置换向阀无法匹配实际的阀芯结构、遮盖量、流量特性的精细化仿真需求。所以利用HCDHydraulic Component Design液压元件设计库是非常重要的。HCD库是采用结构“积木式”建模思想本文通过液压元件设计库设计一个三位四通电磁阀能更好地理解该阀的结构和工作原理。本文选定的阀体是三位四通O型中位电磁换向阀阀体本体三段阀芯结构左右两端为电磁铁驱铁油路接口下方公共油口P进油口接液压泵压力油中间油口T回油口直接回油箱左右两个上油口A、B工作油口外接负载中位无信号P、T、A、B四口全部封死右侧电磁铁得电P通A、B通T左侧电磁铁得电P通B、A通T三位四通O型电磁阀标准液压库图标在无信号时A、B、P、T四个油口全部封闭利用HCD库设计时主要是用BAO012元件spool with annular section orifice带环形节流窗口的阀芯BAO012元件示意图BAO012元件外部变量接口示意图端口1、2元件下面两个端口每一个端口统一传递三组物理量流量、容积、压力这两个端口就是一对进出油道阀芯左右移动后阀口开度会发生改变两个油口的通流面积改变从而控制两者间流量大小。端口3向外输出液动力油路压力作用在阀芯上的反推力和受到外部的速度和位移电磁铁推力、弹簧力作用在阀芯上的运动信号端口4向外输出速度和位移向内输入力端口3、4本质是阀芯左右两侧的机械对接面阀芯是一个刚体3、4的位移、速度必须保持一致。将四个ABO012元件如下图组装HCD库组装的三位四通电磁阀草图无信号时A、B、P、T四个油路都是堵死的模拟右侧电磁阀通电时阀芯左移P、A互通供油B、T互通回油模拟左侧电磁阀通电时阀芯右移P、B互通供油A、T互通回油要求能够复位还需加装弹簧、质量系统其中ABO012元件参数如下index of hydraulic fluid液压油索引号选择液压油介质编号。spool diameter阀芯直径滑阀阀芯圆柱外径。用于计算节流通流周长、稳态液动力、射流力、阀的节流面积公式核心几何参数。rod diameter阀杆直径阀芯两端推杆直径。当阀芯两端存在承压面积差时用来计算阀芯轴向液压力。maximum flow coefficient最大流量系数节流流量公式中的流量系数Cq​。范围一般 0.6~0.8你设置 0.7 是常用经验值。控制通过阀口的实际流量大小直接影响系统响应速度。critical flow number临界流量数判断阀口流动状态层流 / 湍流分界阈值。高于临界数湍流使用标准节流公式低于临界数低速层流启用层流流量模型。对低速微运动仿真很关键。underlap corresponding to zero displacement零位移对应的负遮盖量阀芯处于中位位移 0时的预开口大小x00 零遮盖阀临界遮盖阀0 负遮盖中位有缝隙常通油0 正遮盖中位封闭一般设置为负值及正遮盖。underlap corresponding to minimum area最小通流面积对应的负遮盖量阀口通流面积达到最小值时对应的遮盖量。一般设 0用来定义阀完全关闭的边界条件。underlap corresponding to maximum area最大通流面积对应的负遮盖量阀口达到最大全开面积对应的遮盖量。设置的参数代表不限制最大开口阀芯只要移动通流面积持续增大不会强制饱和限流。chamber length at zero diaplacement零位移时阀腔长度阀芯中位下阀口前后容腔参考长度。用于计算阀腔内油液容积、油液压缩性压力冲击、动态响应、压力振荡仿真。len00 代表忽略容腔容积效应。jet angle射流角油液从阀口射出时液流与阀芯轴线夹角。经典滑阀理论标准取值 69°计算稳态轴向液动力必不可少。角度错了液动力仿真结果偏差极大。jet force coefficient射流力系数稳态液动力修正系数。kjet0 → 不计算稳态射流力若需要仿真阀芯受力、阀的颤振、电磁铁负载需要设置非零数值启用液动力计算。如果要有更直观的感受可以打开元件参数的Compoent Design configuration tool功能Component Design configuration tool显示界面下图是ABO012元件的核心参数当tool界面设置的参数不同时所示元件图形也会改变。