MATLAB的液压换向阀的优化设计

2 0 1 3年 8月 第 4 1卷 第 1 5期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Au g 2 01 3 Vo 1 41 No 1 5 DO I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 5 0 4 8 基于 A M E S i M A T L A B的液压换向阀的优化设计 贾文华 殷晨波 曹东辉 I 南京工程学院机械 工程 学院 江苏南京 2 1 1 1 6 7 2 南京工业大学车辆与工程机械研 究所 江苏南京2 1 0 0 0 9 3 三一重机有限公司 江苏昆山2 1 5 3 0 0 摘要 提出了集成利用 M A T L A B和 A ME S i m对液压系统进行仿真的方法 介绍了A ME S i m软件的特点 在 A ME S i m中 建立了换向滑阀液压系统的模型 对参数进行了初始化设置 然后利用 A ME S i m与 M A T L A B的接 口 在 MA T L A B中实现了 换向滑阀的优化仿真 并在 A ME S i m中显示了仿真后的特性曲线 采用该方法实现了带有 V型节流槽的滑阀结构的优化设 计 为提高滑阀性能提供了方法和依据 关键词 A ME s i r n MA T L A B联合仿真 滑阀 结构优化 中图分类号 H T 1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 5 1 8 2 2 Op t i mi z a t i o n o f Hy dr a u l i c Sp o o l Va l v e Ba s e d o n AM ESi m M ATLAB J I A We n h u a Y I N C h e n b o C AO Do n g h u i 1 S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 6 7 C h i n a 2 S c h o o l o f Me c h a n i c a l a n d P o w e r E n g i n e e r i n g N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o gy N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a 3 S A N Y C o L t d K u n s h a n J i a n g s u 2 1 5 3 0 0 C h i n a Ab s t r a c t A me t h o d t o s i mu l a t e a h y d r a u l i c s y s t e m b a s e d o n AME S i m a n d MAT L A B wa s p r e s e n t e d T h e c h a r a c t e r i s t i c o f AME S i m w a s i n t r o d u c e d T h e s i mu l a t i o n mo d e l o f a s p o o l v a l v e s y s t e m w a s e s t a b l i s h e d a n d i n i t i ali z e d i n AMES i m Ta k i n g a d v a n t a g e o f t h e i n t e rfa c e o f AME S i m a n d MAT L AB t h e s i mu l a t i o n wa s ma d e i n MA T L AB s h o w n i n AME S i m T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w t h a t t h i s me t h o d i s a n e f f e c t i v e w a y t o i mp r o v e t h e p e rfo r ma n c e o f t h e s p o o l v alv e wi t h V n o t c h Ke y wo r d s AME S i m MAT L AB C O s i mu l a t i o n S p o o l v a l v e S t r u c t u r e o p t i mi z a t i o n 在如今的科学研究中 仿真技术提高了科学研究 水平 降低了科学研究成本及风险 加速了科研成果 转化为生产力的进程 A M E S i m A d v a n c e d M o d e l i n g E n v i r o n m e n t f o r S i m u l a t i o n s o f E n g i n e e r i n g S y s t e m s 为 流体 机械等工程系统提供了一个较为完善的综合仿 真环境 A M E S i m可以利用 H C D H y d r a u l i c C o m p o n e n t D e s i g n 库中的模型搭建 自己所需要的元件 A M E S i m还 提 供 了与 M A T L A B等 仿 真 软 件 的 接 口 根据所设计的换向滑阀的实际参数 联合利 用 A ME S i m和 MA T L A B建立仿真模型并进行系统优 化 可以达到优化液压滑向阀结构参数的目的 在进行 A ME S i m和 M A T L A B联合仿真前必须设 置 MA T L A B路 径 即 将 路径 A M E m a t l a b a m e s i m添加到 M A T L A B路径列表中 其中 A ME 是 A ME S i m的安装目录 1 建立仿真模型 以典型的液压三位四通换向阀系统为例 图 1 为 建立的仿真模型 滑阀阀口采用 4个单级 V型节流 槽 假设流经节流槽的压差不变 液压回路所得的流 量与通流面积成比例 图2中换向滑阀的预期通流面 积曲线为优化设计的目标曲线 该曲线的点坐标数据 存在 A S C I I 文件中 该 A S C I I 文件被打包成 a n l e 文件 目标函数采用最小二乘估计 1 一压力源2 一单向阔 3 溢流阀 4 一油箱 5 一被试换向阀 6 一压力传感器 7 一流量传感器8 一换向阀预期开启 曲线 9 目标函数1 0 一模拟负载A B接口 图 1 A ME S i m滑阀系统模型图 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 0 6 基金项 目 南京工程学院引进人才项目 Y K J 2 0 1 1 0 1 南京工程学院青年重点基金项 目 Q K J A 2 0 1 2 0 1 江苏省重大科技 支撑资助项目 B E 2 0 1 1 1 8 7 作者简介 贾文华 1 9 8 0 一 女 博士 讲师 主要从事工程机械与流体传 动等方面的研 究 E m a i l w e n h u i a g ma i l c o rn 第 1 5期 贾文华 等 基于 A ME S i m MA T L A B的液压换向阀的优化设计 1 8 3 P T v型槽示意 图 图2 单级 V型节流槽结构示意图 V型节流槽需要优化的结构参数有 3个 设置经 验初始值 h 2 m m L 5 m m 1 5 系统中其余 主要 参 数 弹 簧 刚 度 4 0 N ra m 油 缸 缸 径1 5 0 m m 油 液 黏 度8 5 0 k g m 3 选 择 A ME S i m 的 运行模式 R u n Mo d e 初始条件下 的 通流面积曲线见图3 可 以看 出 系统 的 经 验 特 图3 优化前通流面积曲线 性曲线与期望曲线相差较大 需要对滑阀的结构参数 优化 2 优化仿真 使用 M A T L A B的 f m i n s e a r c h函数求解多变量无约 束函数的最小值 来优化节流槽滑阀的结构参数 其 调用格式为 f m i n s e a r c h fun 其 中f u n为多 元函数 为初值 优化仿真流程如图4所示 f 开始 I 利用HCD 在AME S i m 建立仿真模型 l 设置 液压 系统 参数 l 1 初步设置V 型节流槽参数 L l 设 置 MA TL AB与 AMES i m 的接 口 在 MA T L A B中编写优化程序 运行A ME S i m仿真 I 仿真完毕 得到优化结果l 图4 V型槽滑阀优化仿真流程图 建立 V S p o o l V a l v e m文件 F u n c t i o n o p t i m a l R U S p o o l V a v e X AME s y s t e m o p d e s i g n 设置参数 A m e p u t p o p d e s i g n V s h e n X 1 A m e p u t p o p d e s i g n V c h e n g x 2 A m e p u t p o p d e s i g n v j i a o x 3 开始仿真 o p t i m a l R v a r a m e r u n o p d e s i g n 输出目标函数 o p t i m a l R r e s u l t s 3 3 e n d 然后在 M A T L A B命令行输人 X f m i n s e a r c h V S p o o l V a v e 2 0 5 0 1 5 显示结果 D i s p V型深 m m n u m 2 s t r x 1 D i s p V型 行 程 m m n u m 2 s t r x 2 D i s p V型角 度 n u m 2 s t r x 3 执行所 提 出 的 以上 优 化程序 得到优 化结果 V型 槽 深 h 2 5 m m V 型行 程 L 5 2 5 m m V 型角 1 5 应用优化后 的仿真结果 得到如图 5 所示 的通流面积 曲线 优 化后的实际滑阀通流面积 曲线 与期 望 曲线非 常 接 近 优化结果良好 3结束语 图5 优化后通流 面积曲线 利用 A ME S i m与 MA T L A B联合仿真技术可 以取 长补短 发挥各 自优势 在液压元件及系统的设计 优化等方面发挥巨大的作用 在 A M E S i m中 对典型 的液压阀系统进行数学建模 并借助 M A T L A B软件 进行联合仿真 达到预期的目的 这为液压滑阀的优 化设计和分析提供了有力工具 参考文献 1 M A R Q U I S F A V R E Wi ff r i d B I D E A U X E r i c S C A V A R D A S e r g e A P l a n a r Me c h a n i c a l L i b r a r y i n t h e AME S i m S i mu l a t i o n S o ft wa r e P a r t I F o r mu l a t i o n o f Dy n a mi c s E q u a t i o n s J S i m u l a t i o n Mo d e l i n g P r a c t i c e a n d T h e o r y 2 0 0 6 1 4 1 2 5 4 6 2 刘海丽 李华聪 液压机械系统建模仿真软件 A M E S i m 及其应用 J 机床与液压