二通比例流量插裝閥的工作原理

0代液壓系統(tǒng)的壓力控制在發(fā)展能源汽車的工藝過程中，20世紀(jì)的最后20個(gè)世紀(jì)中，比較控制和插裝閥技術(shù)發(fā)展迅速，被公認(rèn)為現(xiàn)代能源汽車技術(shù)的一個(gè)重要進(jìn)步和轉(zhuǎn)折點(diǎn)。恒力泰公司的YP3500型陶瓷磚壓機(jī)的壓力控制主要由ATOS的LIQZO型二通比例流量插裝閥來完成。該閥的性能直接影響到壓機(jī)壓力的控制精度,而壓力控制的準(zhǔn)確性直接影響到瓷磚的質(zhì)量。研究的主要目的是建立該型比例流量插裝閥的準(zhǔn)確仿真建模,為建立YP3500型壓力的整機(jī)仿真模型奠定基礎(chǔ)。1asos的雙通道rq53工作原理1.1主閥閥芯控制原理YP3500型壓磚機(jī)的壓力閉環(huán)控制是由ATOS的LIQZO-LE-322型二通比例流量插裝閥來實(shí)現(xiàn)的。該閥屬于位移-電反饋插裝式比例節(jié)流閥,其結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。該閥主要由閥芯1、閥套2、位移傳感器3、比例方向先導(dǎo)閥4和集成電控器5組成。圖中D、E兩腔的壓力由先導(dǎo)閥控制,稱為控制腔,先導(dǎo)閥接單獨(dú)的控制油路。C腔面積略大于A腔,兩腔由閥芯內(nèi)部的通孔連接,保證兩腔壓力一致,使主閥閥芯能夠快速可靠地被關(guān)閉和打開。主閥芯的尾部安裝有LVDT位移傳感器,可直接檢測(cè)主閥閥芯位移。從圖1中可以看到,先導(dǎo)閥為一個(gè)帶閥芯位移反饋的高頻響電液比例方向閥,由比例電磁鐵、位移傳感器、閥芯、控制器組成先導(dǎo)閥閥芯位移的位置閉環(huán)控制系統(tǒng)。主閥閥芯的驅(qū)動(dòng)裝置相當(dāng)于一個(gè)比例方向閥控制雙作用活塞缸的位置閉環(huán)控制系統(tǒng),其控制原理框圖如圖2所示。1.2信號(hào)的控制工作原理LIQZO-LE型比例流量插裝閥的控制信號(hào)有電壓(0~10V)和電流(4~20mA),下面以采用電壓控制信號(hào)為例來介紹其工作原理。(1)控制缸關(guān)閉狀態(tài)當(dāng)比例流量插裝閥沒有通電即處于斷電狀態(tài)時(shí),先導(dǎo)閥處于左位(常位、保護(hù)位),控制缸的D腔通高壓油,E腔與油箱相連,主閥發(fā)信處于關(guān)閉狀態(tài)。(2)先導(dǎo)閥模型當(dāng)比例流量插裝閥通電而控制電壓信號(hào)為零時(shí),先導(dǎo)閥處于中位。由于先導(dǎo)閥的中位機(jī)能為H型,此時(shí)控制缸的D腔與E腔相連通,壓力相等。由于控制電壓信號(hào)為零,故此時(shí)控制缸的位移也為零,主閥閥芯處于動(dòng)態(tài)零位關(guān)閉狀態(tài)。(3)比例流量插裝閥的工作原理當(dāng)比例流量插裝閥通電且控制電壓信號(hào)大于零時(shí),比例先導(dǎo)閥開啟處于右位,高壓控制油經(jīng)過先導(dǎo)閥到達(dá)控制缸的E腔,而D腔通過先導(dǎo)閥與油箱相連,于是控制缸就會(huì)驅(qū)動(dòng)主閥芯向上移動(dòng),主閥閥芯開啟。主閥閥芯的開口大小與控制電壓信號(hào)成正比,主閥芯的實(shí)際開口大小由固定連接在主閥芯尾部的的位移傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè),并反饋至放大器,形成閉環(huán)反饋,實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥芯位移的精確控制。從該比例流量插裝閥的工作原理可知,主油路對(duì)主閥芯的作用力基本平衡,主閥芯的位移由先導(dǎo)閥控制D、E兩腔的壓力來控制,與主油路的流量和壓力無關(guān),所以閥的開啟和關(guān)閉具有雙向主動(dòng)控制的特點(diǎn),稱之為雙主動(dòng)型比例流量插裝閥。雙主動(dòng)型比例流量插裝閥通過對(duì)主閥芯位置的精確定位,控制了閥口的開度,從而實(shí)現(xiàn)流量控制的目的。主閥芯帶有緩沖頭,還可避免開啟關(guān)閉時(shí)的沖擊。2主閥模型的建立利用AMESim提供的標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)以及HCD元件庫(kù)搭建起來的LIQZO-LE型比例流量插裝閥的仿真模型如圖3所示。為了簡(jiǎn)化模型,考慮先導(dǎo)閥為高頻響閥,因此先導(dǎo)閥直接采用液壓庫(kù)中的3位4通“H”型中位的伺服閥來建模。主閥部分沒有可直接調(diào)用的相應(yīng)模型,根據(jù)其工作原理,利用HCD元件庫(kù)構(gòu)建主閥的模型。13為主閥的節(jié)流口,采用通流面積與閥開口成函數(shù)關(guān)系的仿真模型BAO21(spoolwithspecificorifice),也可采用比較簡(jiǎn)單的帶矩形節(jié)流槽的BAO0002子模型。9、10、12為主閥芯控制腔,選用BAP11-piston活塞子模型。利用飽和模塊來限制控制器的輸出電流信號(hào)不會(huì)超過伺服先導(dǎo)閥的額定電流。2.1模擬模型的參數(shù)配置通過設(shè)置和修改仿真模型的參數(shù)的數(shù)值,使得閥的動(dòng)靜態(tài)特性與技術(shù)資料中給出的相符。在參數(shù)的設(shè)置中,要注意的事項(xiàng)如下:(1)閥芯遮蓋量x的影響該閥存在10%左右的死區(qū)。如模塊13采用BAO0002子模型,為了實(shí)現(xiàn)該特性,在參數(shù)設(shè)置時(shí),先確定主閥閥芯位移x然后在主節(jié)流口模塊13的參數(shù)“underlapcorrespondingtozerodisplacement”中設(shè)定閥芯遮蓋量x考慮死區(qū)之后,則主閥閥芯的開口x(2)流量控制由于流量-壓差特性:是電液比例插裝閥在實(shí)際應(yīng)用中最受關(guān)注的性能之一。反映了電液比例插裝閥的通流能力壓差的設(shè)置相對(duì)比較容易,但要注意考慮油管的壓力損失,要保證閥的A口和B口之間壓差為0.5MPa或1MPa。難點(diǎn)在于流量的保證,其關(guān)鍵是通流面積的設(shè)置,因?yàn)榱髁康母淖兪峭ㄟ^改變節(jié)流口模塊13的通流面積來實(shí)現(xiàn)的。如模塊13采用BAO21子模型,通過多次仿真,再對(duì)比仿真結(jié)果與產(chǎn)品說明書給出的空載流量特性曲線,最終得到如表1所示的節(jié)流口通流面積與閥開口、閥芯位移間關(guān)系。(3)電液比例的確定ATOS的LIQZO型二通比例流量插裝閥的打開時(shí)間是15ms。主閥閥芯的打開就是一個(gè)典型的液壓閉環(huán)位置伺服系統(tǒng),該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性越好,閥打開的時(shí)間就越短。影響閥的打開時(shí)間的參數(shù)主要有:(1)最大閥芯位移;(2)控制缸的兩個(gè)控制腔D、E的容積大小;(3)PID控制器的參數(shù);(4)閥芯質(zhì)量和摩擦力;(5)先導(dǎo)閥的動(dòng)態(tài)特性。(4)amesim模擬模型的主要模擬參數(shù)經(jīng)過多次仿真結(jié)果與產(chǎn)品樣本所提供性能的對(duì)比,最終確定的仿真模型的主要參數(shù)如表2所示。3模擬分析中動(dòng)態(tài)行為特征的性質(zhì)(1)通插裝閥的性能仿真空載流量特性即輸出流量隨輸入信號(hào)的變化曲線,是評(píng)價(jià)比例節(jié)流閥的靜態(tài)特性的重要指標(biāo)之一,在實(shí)際應(yīng)用中受到普遍關(guān)注根據(jù)比例節(jié)流閥動(dòng)靜態(tài)特性測(cè)試方案,將仿真模型與油源、油箱、控制信號(hào)相連之后就可搭建其測(cè)試系統(tǒng)的仿真模型,如圖3所示。設(shè)控制油源的壓力為14MPa,將仿真模型的輸入控制電壓信號(hào)設(shè)為0~10V的斜坡信號(hào),對(duì)模型進(jìn)行仿真,則可得到如圖4(b)所示的該閥的空載流量特性曲線。從圖中可以看出,仿真曲線與產(chǎn)品樣本給出的性能曲線非常接近;該閥存在10%左右的死區(qū);閥口壓降為0.5MPa和1MPa時(shí)的最大流量分別為792和1120L/min。主油源壓力分別設(shè)為0.522MPa和1.04MPa(考慮油管壓降,保證主閥節(jié)流口壓降約為0.5MPa和1MPa),控制電壓信號(hào)在t=0.2s時(shí)從0階躍到10V,得到如圖5所示主閥閥口的流量變化情況。由圖5可知:(1)死區(qū)的存在導(dǎo)致流量輸出有延遲;(2)流量從穩(wěn)態(tài)流量的10%達(dá)到90%所需的時(shí)間約為15ms。廠家提供的該通徑的比例流量插裝閥的從10%的開口到90%的開口的打開時(shí)間約為15ms,閥口壓降為0.5MPa時(shí)的最大流量為800L/min,閥口壓降為1MPa時(shí)的最大流量為1100L/min。因此,仿真結(jié)果與廠家給出的技術(shù)指標(biāo)比較相符。輸入控制信號(hào)u=5.45+3.45sin(2πft),當(dāng)f=3Hz時(shí),輸出流量的幅值為628.6L/min;當(dāng)f=30Hz時(shí),輸出流量的幅值為433L/min;如圖6所示。兩者的比值為0.6888,衰減了3.23dB。仿真結(jié)果與產(chǎn)品樣本給出的伯德圖相符。如果采用通流面積與閥開口成正比的節(jié)流口仿真模塊BAO0002(spoolwithrectangularslotorifices),則可得到如圖7所示的空載流量特性曲線,與產(chǎn)品樣本所給曲線相差較遠(yuǎn)。4通比例流量插裝閥動(dòng)態(tài)特性的仿真分析通過利用AMESim的HCD庫(kù)提供的基本模塊,根據(jù)ATOS的LIQZO型二通比例流量插裝閥的結(jié)構(gòu)和工作