基于amesim的插装式电磁换向阀的优化设计

基于amesim的插装式电磁换向阀的优化设计

净化空气,以日光温度低的海洋产业政策为主要内容新向阀作为液压机系统的主要控制单元，在很大程度上发挥着重要作用。随着水液压技术的逐渐兴起,以天然海水或淡水为工作介质的纯水液压传动,具有安全、无污染等优点,在食品、医药、海洋开发等领域具有广泛的应用前景。目前针对水压换向阀的研究还较少,为满足日趋增长的水液压动力系统的需要,借鉴插装阀在油压系统中的应用经验,并结合水压传动控制技术,研制出一种水压插装式三位四通电磁换向阀,具有高压、大流量、响应速度快等特点,可广泛应用于海洋探索、海洋开发、海水淡化等领域插装式水压换向阀动态性能的好坏直接影响水液压系统的工作可靠性,因此,其研究亦受到了广泛的重视1中位机电磁铁岩以所研制的水压插装式三位四通电磁换向阀为研究对象,其工作原理如图1所示,采用2个小流量二位二通电磁阀作为先导控制阀,将四套锥阀型二通插装组件两两组合安装在插装阀块上,其中V2、V3端插装阀结构相同,V1、V4端插装阀结构相同,它们通过在阀块内部开设的孔道相互连通,由先导控制阀控制各插装组件阀口的打开或关闭,从而改变三位四通电磁换向阀P、A、B、T四个阀口的连通方式,实现换向阀的换向机能。具体为:(1)当二位二通电磁换向阀(YA1、YA2)各自的电磁铁均断电时:阀(YA1、YA2)关闭,P口高压水经主阀(V2、V3)内阀芯上的阻尼孔分别进入4个主阀控制水腔,使得主阀(V1、V2、V3、V4)的控制腔均充满高压水,实现可靠关闭,此时三位四通电磁换向阀实现中位机能;(2)当二位二通电磁换向阀(YA1)的电磁铁断电,电磁换向阀(YA2)的电磁铁通电时:阀(YA1)闭合,主阀(V1、V3)的控制腔充满高压水,呈高压状态,两主阀关闭;同时阀(YA2)开启,使得主阀(V2、V4)的控制腔与水箱接通,呈低压状态,两主阀开启,此时主阀(V2、V4)打开,主阀(V1、V3)关闭,即P、A接通,B、T接通,换向阀实现左位机能;(3)当二位二通电磁换向阀(YA1)的电磁铁通电,电磁换向阀(YA2)的电磁铁断电时:阀(YA2)关闭,主阀(V2、V4)的控制腔充满高压水,呈高压状态,两主阀关闭;同时阀(YA1)开启,使得阀(V1、V3)的控制腔与水箱接通,呈低压状态,两主阀开启,此时主阀(V1、V3)打开,主阀(V2、V4)关闭,即P、B接通,A、T接通,换向阀实现右位机能。采用插装式锥阀结构,通过多个插装组件的组合实现换向阀三位四通换向功能,避免了现有滑阀型三位四通电磁换向用于水液压系统出现的严重泄漏、低效率以及减小配合间隙所带来的堵塞、卡死、磨损量加大等问题。该换向阀体积紧凑、安装简单、方便维护、换向性能可靠,具有流通能力大、密封性好、无卡死等优点,适用于中高压水介质(淡海水、海水基等)的液流方向控制场合,尤其适合在深海环境下水液压传动系统使用。2插装式换向阀动态响应对插装式换向阀工作原理进行深入分析,对所研制的水压电磁换向阀特性进行研究,利用AMESim软件对插装式三位四通换向阀的动态性能进行仿真模拟,通过建立如图2所示的AMESim模型如图3所示为优化后的插装式三位四通电磁换向阀AMESim仿真得到的换向阀动态压力响应曲线,从图3中可知,当插装式换向阀处于左位机能时,即P-A、B-T连通,此时换向阀的开启动态响应时间为105ms;当插装式换向阀处于中位机能时,换向阀的关闭动态响应时间为109ms。由开启动态响应放大图可知,换向阀A口开启后压力先快速上升,然后缓慢下降到一定值后又快速上升直到趋于稳定,分析可知,是由于插装式换向阀的结构所决定:当换向阀A口开启后,PA端插装阀首先开启,水介质通过PA端插装阀阀口快速进入其和BT端插装阀之间的空腔,使A口的压力快速升高,此时,BT端插装阀在压力的作用下克服弹簧力缓慢开启,然后水介质进入出口T,使压力缓慢下降到一定值,当BT端插装阀完全开启后,压力又快速升高直到趋于稳定;反之,当换向阀A口关闭时,PA端插装阀首先关闭,水介质经过出口T,使A口的压力快速下降,当压力下降到一定值时,BT端插装阀在弹簧力和液压力的作用下快速关闭,PA端插装阀和BT端插装阀之间空腔的水介质体积被快速压缩,使A口压力上升,当上升到一定值时,BT端插装阀阀芯受力基本平衡,以近似匀速趋于关闭,此时A口压力也随之下降。3动态性能试验所设计的水压换向阀采用耐海水腐蚀不锈材料制造,设计额定压力为14MPa,最大流量可达160L/min。为了进一步验证AMESim仿真的正确性,参考油压换向阀试验原理与测试要求,对所研制的水压插装式三位四通换向阀(如图4所示)在纯水液压阀性能试验台上进行性能试验研究在进行水压换向阀动态性能测试时,首先打开换向阀6,调节节流阀7和溢流阀2,使系统压力为14MPa,然后通过控制电磁铁通断电对水压换向阀6进行开启、关闭动作,实现换向功能,同时通过高精度压力传感器采集A口、B口的压力变化信号,并进行数据处理。结果表明,该水压换向阀样机在额定压力14MPa下各阀口通断状况良好,能够顺利实现换向功能,额定流量为160L/min,满足设计的静态性能要求。图6为经过AMESim仿真优化后的换向阀样机动态性能试验曲线,可知,优化后的三位四通插装式换向阀开启、关闭响应时间分别为109ms和128ms。水压换向阀动态性能试验与AMESim仿真对比曲线如图7所示,可知试验结果与AMESim仿真结果基本相符。而试验结果与仿真结果相比,试验所得到的压力上升和下降的曲线比较平缓,究其原因在于:在试验过程中,当水压换向阀A口开启后,由于PA端插装阀和BT端插装阀阀芯均受到动密封摩擦力和弹簧力以及液压力的综合作用,PA端插装阀和BT端插装阀可近似认为同时开启,水介质通过PA端插装阀阀口经过节流阀后从BT端插装阀阀口进入出口T,故A口压力逐渐升高,并趋于稳定;反之,当换向阀A口关闭时,PA端插装阀首先关闭,而BT端插装阀阀芯在弹簧力和液压力的作用下关闭比较缓慢,水介质经过出口T,使A口的压力逐渐下降,最终趋于稳定。4试验结果验证通过AMESim建立了水压插装式三位四通电磁换向阀模型,并对其动态性能进行了详细的分析,重点研究了开启关闭过程中出现的压力波动变化,并通过试