[发明专利]一种射流管电液伺服阀的仿真建模方法

摘要

一种射流管电液伺服阀的仿真建模方法，属于机械液压仿真建模领域，包括：1)根据力矩马达磁路的结构参数与电磁特性参数，在AMESim中搭建力矩马达磁路模型。2)对衔铁‑反馈杆组件分析，得到在力矩马达工作时，衔铁‑反馈杆组件的运动方程。3)对射流放大器分析，得到射流管放大器的流量—压力方程；4)对滑阀组件分析得到滑阀阀芯的运动方程。4)搭建完整的阀的AMESim仿真建模模型，并进行仿真模拟。本发明在分析各部件原理及结构基础上，在AMESim中实现对射流管电液伺服阀的仿真建模，简化建模过程，采用智能求解器提高仿真精度，实现不同领域模块之间的直接物理连接；通过调整参数，实现阀的仿真建模，且仿真结果符合技术要求，对阀的研究提供理论基础。

主权项

1.一种射流管电液伺服阀的仿真建模方法，其特征在于，所述的射流管电液伺服阀包括力矩马达磁路、衔铁‑反馈杆组件、射流放大器、滑阀组件，各组件通过力反馈维持平衡关系；仿真建模方法包括以下步骤：第一步，根据力矩马达磁路的结构参数与电磁特性参数，在AMESim中搭建力矩马达磁路模型，在模型中，使用一个电磁线圈等效替代实际结构中的两个控制线圈，通过电流源模块为电磁线圈模块提供输入电流；对力矩马达磁路进行分析：从结构分析，两控制线圈套在衔铁之上，衔铁两端与上下导磁体形成四个工作气隙；衔铁下端为弹簧管，初始位置弹簧管支撑衔铁使其正好处于四个气隙的中间，衔铁以弹簧管为支撑轴可以在水平面内顺时针或逆时针旋转，四个气隙的大小限制衔铁的旋转角度；从磁路分析，在没有输入电流时，衔铁不发生偏转；线圈中有输入电流，衔铁偏转；力矩马达输出力矩的大小与输入电流的大小成比例，衔铁的转角也与输入电流成比例；所述的力矩马达磁路中输入电流与输出力矩的关系简化后的关系式为：Td＝Ktic+Kmθ  (1)式中，Td为力矩马达磁路的输出力矩；Kt为力矩马达的力矩系数；Km为力矩马达的弹簧刚度；ic为输入电流；θ为衔铁的转角；Nc为控制线圈匝数，Фg为零位固定磁通，a为磁极面积中心到衔铁转动中心的距离，g为衔铁中位气隙长度；Rg为零位气隙磁阻；第二步，衔铁‑反馈杆组件中的质心位置与旋转中心重合，转动过程中质心位置保持不变；当有输入电流时，衔铁在力矩马达的作用下转动；对衔铁‑反馈杆组件进行分析，得到在力矩马达工作时，衔铁‑反馈杆组件的运动方程为：Tb＝Kf·(L·θ+xv)·L  (5)fv＝Kf·(L·θ+xv)，xj＝L·θ  (6)式中，t为时间；Ja为偏转板衔铁组件转动惯量；Ba为偏转板衔铁组件粘性阻尼系数；Tb为衔铁‑反馈杆组件产生的负载力矩；Ka为弹簧管刚度；Kf为反馈杆刚度；L为偏转板旋转中心到反馈杆小球中心的距离；xv为阀芯的位移；fv为衔铁‑反馈杆组件对阀芯的作用力；xj为射流喷嘴端面的位移；第三步，对射流放大器进行分析，得到射流管放大器的流量—压力方程为：QL＝Kqrxj‑KcrPL  (7)式中，Kqr为射流管放大器的流量增益；Kcr为射流管放大器的流量—压力系数；QL为驱动滑阀的阀芯移动的流量；PL为两侧接受孔压差；第四步，对滑阀组件进行分析，滑阀阀芯的运动方程为：式中，Av为滑阀阀芯的端面面积；mv为阀芯质量；Bv为阀芯运动粘性系数；阀芯的流量方程为：第五步，搭建完整的阀的AMESim仿真建模模型根据公式(1)、(2)和(3)，得到输入电流、衔铁的转角与力矩马达输出力矩的关系，依据这种关系，在AMESim中搭建力矩马达磁路的仿真模型，并不断调整输入电流等参数，使输出力矩与输入电流符合一定的比例关系；再根据公式(4)、(5)和(6)，得到当衔铁运动时，反馈杆与阀芯之间的位移变化关系以及力矩关系，在AMESim中依据公式搭建衔铁‑反馈杆组件的仿真模型；然后再根据公式(7)，搭建射流放大器的仿真模型，并不断调整最大流量系数以及临界流量参数，使输出流量与射流喷嘴端面的位移存在一定的比例关系；最后根据公式(8)和(9)，搭建滑阀组件的AMESim仿真模型；最终，将这四部分组件集成形成完整的阀的AMESim仿真建模模型；第六步，对第五步得到仿真模型中的滑阀组件进行设计：所述的滑阀组件包括阀套、阀芯、负载、A口、B口、进油口P以及回油口T；6.1)在射流管电液电液伺服阀的结构基础上，对滑阀组件的阀芯结构进行设计，得到阀1：阀套上的型孔为6‑Φ4mm，阀芯位移与型孔流通面积的关系同样在MATLAB中采用插值的方式实现；设计要同时满足以下要求：额定供油压力Ps为2MPa，额定流量2L/min，输入电流为负时，燃油从A口进入流经负载，最后从B口回油箱；根据设计内容进行仿真模拟，不断调整射流管处的最大流量系数以及临界流量、力矩马达磁路中线圈的方向和阀芯处的摩擦力等参数，使仿真结果符合要求；6.2)在射流管电液电液伺服阀的结构基础上，对滑阀组件的阀芯结构进行设计，得到阀2：阀套上的型孔为6个4*0.6mm的矩形窗口；设计同时满足以下要求：额定供油压力Ps为2MPa，额定流量20L/min，输入电流为负时，燃油从A口进入流经负载，最后从B口回油箱；根据设计内容进行仿真模拟，不断调整射流管处的最大流量系数以及临界流量、力矩马达磁路中线圈的方向和阀芯处的摩擦力等参数，使仿真结果符合要求；6.3)在射流管电液电液伺服阀的结构基础上，对滑阀组件的阀芯结构进行设计，得到阀3：阀套上的型孔为6个5*0.6mm的矩形窗口；设计同时满足以下要求：额定供油压力Ps为10MPa，额定流量70L/min，输入电流为负时，燃油从A口进入流经负载，最后从B口回油箱；根据设计内容进行仿真模拟，不断调整射流管处的最大流量系数以及临界流量、力矩马达磁路中线圈的方向和阀芯处的摩擦力等参数，使仿真结果符合要求；第七步，对阀的滑阀组件的泄漏进行仿真模拟，包括内泄漏、外泄漏：内泄漏采用AMESim内部的模块进行模拟，设置滑阀组件中的间隙值仿真内泄漏，间隙值越大代表内泄漏越严重，其中间隙值为进油腔P与回油腔T之间的间隙；外泄漏采用节流嘴进行模拟，不同的节流嘴直径代表不同的泄漏程度，直径越大，代表泄漏越严重；其中节流嘴直径代表进油腔P与外部环境之间的间隙。