大型模锻液压机机架疲劳寿命试验台液压系统设计与实验3

第 3 章 阀块设计及建模仿真分析 3 1液压阀块的介绍 液压阀块是液压系统无管化连接方式的一种常用方法 液压阀块在液压系 统中的重要性已越来越被人们所认识 其应用范围也越来越广泛 液压阀块的 使用不仅能简化液压系统的设计和安装 而且便于实现液压系统的集成化和标 准化 有利于降低制造成本 提高精度和可靠性 然而 随着液压系统复杂程 度的提高 也增加了液压阀块设计的难度 若设计考虑不周 就会造成制造工艺 复杂 加工成本提高 原材料浪费 使用维护烦琐等一系列问题 3 2液压阀块的设计 1 设计原则设计原则 液压阀块的油路要符合液压系统原理图是设计的首要原则 设计阀块前 先要确定哪一部分油路可以集成 每个块体上包括的元件数量应适中 元件太 多阀块体积大 设计 加工困难 元件太少 集成意义不大 造成材料浪费 在 阀块的设计中 油路应尽量简捷 尽量减少深 孔 斜孔和工艺孔 阀块中孔径要和流量相匹配 特别应注意相贯通的孔 必须保证有足够的通流面积 注意进出油口的方向和位置 应与系统的总体布 置及管道连接形式相匹配 并考虑安装操作的工艺性 有垂直或水平安装要求 的元件 必须保证安装后符合要求 对于工作中须要调节的元件 设计时要考 虑其操作和观察的方便性 如溢流阀 调速阀等可调元件应设置在调节手柄便 于操作的位置 需要经常检修的元件及关键元件如比例阀 伺服阀等应处于阀 块的上方或外侧 以便于拆装 液压阀块共有六个表面 其各表面的功用如下 a 顶面和底面 阀块的顶面和底面为叠积接合面 表面布有公用压力油 孔 公用回油孔 泄漏油孔及四个螺栓孔 b 右侧面 右侧面安装经常调整的元件 有压力控制阀类如溢流阀 减 压阀 顺序阀等 流量控制阀类如节流阀 调速阀等 c 前侧面 安装方向阀类 如电磁换向阀 单向阀等 当压力阀类和流 量阀类在右侧面安装不下时 应安装在前侧面 以便调整 d 后侧面 安装方向阀类等不调整的元件 e 左侧面 左侧面设有连接执行机构的输出油口 外测压点及其他辅助 油口 如蓄能器油孔 接备用压力继电器油孔等 图 3 2 1 阀块表面图 2 阀块尺寸的确定阀块尺寸的确定 在阀块的六个表面上我们安排了单向阀 换向法 压力继电器 蓄能器 电磁比例溢流阀五个元件 元件位置布置如下图 图 3 2 2 阀块三维模型图 图 3 2 3 元件位置布置图 图 3 2 4 前面工艺孔位置图 图 3 2 5 左侧面工艺孔位置图 在此 元件之间位置相互限制 为了使油道在阀块内部布置简单 加工方 便 在左侧面打工艺孔2 在前面打工艺孔1 使单向阀与换向阀连通 如下图 红线所示 图 3 2 6 单向阀与换向阀连通图 3 精度要求精度要求 阀块上安装阀 其表面粗糙度应达到Ra 0 8 末端管接头的密封面的表面粗糙 度应达到Ra 3 2 末端接头的螺孔与其外贴合面之间的垂直度允差至少应为8级 所有螺孔均有加工精度要求 一般选7H 阀块上的O形密封圈沟槽的表面粗糙度 为Ra 3 2 一般油道孔的内表面粗糙度为Ra 12 5 插装阀安装孔的粗糙度Ra 0 8 此外 还要有尺寸公差和形位公差要求 阀块上接合表面不能有划痕 要有去 毛刺 清洗等技术要求 4 安装要求安装要求 配合面要求密封良好 不泄漏 3 3建模仿真分析 AMESim是一个图形化的开发环境 用于工程系统建模 仿真和动态性能分 析 使用者完全可以应用集成的一整套AMESim应用库来设计一个系统 所有的 模型都经过严格的测试和实验验证 AMESim不仅可以令使用者迅速达到建模 仿真的最终目标 而且还可以分析和优化设计 AMESim使得工程师从繁琐的数 学建模中解放出来 从而专注于物理系统本身的设计 不需要书写程序代码 该 实验是测试压机在压力变化工程中的应力应变 我们仿真的部分是给压机提供 压力的液压系统 根据系统图 在AMEsim平台上搭建液压回路 由所给数据 算出必要数据 在经过选型确定各元件型号及参数 1 AMEsim 搭建模型图搭建模型图 图 3 3 1 AMESim 搭建系统模拟图 AMESim 系统参数设置系统参数设置 A B 柱塞缸参数 直径 150mm 柱塞杆长 335mm C 柱塞缸参数 直径 100mm 柱塞杆长 335mm 柱塞泵参数 排量 100cc rec 额定转速 1440r min 电机参数 转速 1440r min 安全阀参数 调到压力 250bar 最大流量 15L min 比例溢流阀参数 最大输入电流 100mA 最大流量 15L min 换向阀参数 输入电流 20mA 压降 10bar 15L min 蓄能器参数 容积 4L 充气压力为工作压力 80 施加信号施加信号 图 3 3 2 换向阀施加信号 图 3 3 3 电磁比例溢流阀阀施加信号 本系统在换向阀处施加矩形波信号 在电磁比例换向阀处采用梯形信号 缓冲泄压时造成的冲击 以防冲击过大 对系统造成破坏 2 仿真结果仿真结果 图 3 3 4 94bar 压力曲线 图 3 3 5 140bar 压力曲线 图 3 3 6 156bar 压力曲线 3 结论 结论 1 系统第一次冲液时间较快 且有轻微超调 但当正常工作时 冲液时 间稳定大概为1s 无超调无震荡 2 系统泄压工程中压力按指数形式缓慢泄到左右 再迅速将为0 3MPa 有助于减少泄压时的冲击和振动 3 冲液压力越高所需要冲液时间就越长 但泄压时时间相差不多 4 原因分析原因分析 1 初始化时 系统中还没有压力 所以导致冲液时压力波动明显 2 泄压时 比例溢