基于AMESim的FDD125/40型液控单向阀仿真分析

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【摘 要】 介绍了FDD125/40型液控单向阀的结构和工作原理，利用amesim软件建立了液控单向阀的模型，依据MT419-1995标准中的建议的试验油路，建立的液控单向阀的仿真试验油路，并进行仿真分析，得到了液控单向阀的正、反向开启压力曲线。

【关键词】 AMESim液控单向阀仿真分析

建立准确的液控单向阀数学模型是对其进行仿真的关键点也是难点。由于建立液压系统的数学模型需考虑的因素较多，而变得非常复杂，所以模型建立的正确与否直接关系到仿真结果的好坏，不准确的模型有可能导致最后得出相反的结论，但建立者又无法对仿真结果的正确与否做出判断，这样可能会造成巨大的经济损失。本文对fdd125/40型液控单向阀在AMESim环境下进行了建模，并对所建模型按照MT419-95标准，进行了模型性能检验。

1 液控单向阀的结构及工作原理

FDD125/40型液控单向阀的结构如图1所示。单向锁包括阀体，开设在所述阀体内的阀腔，设置在所述阀腔内的阀座、阀芯、阀芯回位弹簧，以及开设在阀体上与阀座一侧阀腔相通的进液口和与阀芯一侧阀腔相通的出液口；所述阀腔为贯穿阀体的通腔，在阀腔左端口螺纹密封连接有端套，所述阀芯回位弹簧设置在所述端套孔腔内；所述阀座镶嵌在阀座套上；在阀座一侧阀腔内密封滑动设置有顶杆，所述顶杆延伸到阀座套内，在顶杆上套装有顶杆回位弹簧；阀腔的右端口通过螺纹塞堵密封；位于螺纹塞堵与顶杆之间的阀腔与开设在阀体上的控制液进口和控制液出口相通。

液控单向阀正向工作时：高水基液压油从P1口进入阀体，在单向阀的P1口进液腔形成压力，并推动阀芯向右移动，促使P1进液口与P2口导通，P2口出液。

液控单向阀反向工作时：P2口容腔进入油液，K口接入控制液压油，通过K口接头阻尼孔在控制压力口形成液压力，推动左腔内的活塞杆向右移动，顶开右侧阀芯，使得P2口与P1口导通。

2 液控单向阀的模型建立

依据液控单向阀的结构和工作原理在AMESim软件的草图模式下建立FDD125液控单向阀仿真模型。液控单向阀的主要基本单元包括阀盖、顶杆、阀芯、弹簧、活塞、阀座、密封圈。从子元素库HCD中选取相应的子元素模型替换液控单向阀的基本物理单元，其对应关系如表1所示。把所有子元素的端口依次连接，再根据液控单向阀的实际结构尺寸设置相应的参数，建立液控单向阀的完整模型（如表1）。

液控单向阀AMESim模型中相关元件参数的设置如下：

1号元件：控制活塞左腔，主要参数活塞直径24mm，活塞杆直径10mm；

2号元件：控制活塞质量块，主要参数控制活塞阀芯质量0.078kg，最小位移0mm，最大位移8mm，粘性阻尼系数0.03；

3号元件：控制活塞复位弹簧子模型，主要参数：活塞直径24mm，活塞杆直径5mm，弹簧刚度8mm，弹簧预紧力10N；

4号元件：顶杆轴向间隙接触模块子模型，主要参数：顶杆与阀芯的间隙宽度为1mm，顶杆的刚度为2.2×109N/m；

5号元件：阀芯节流口子模型，主要参数：活塞直径13mm，活塞杆直径5mm，初始位置阀芯开启度2mm；

6号元件：阀芯质量块子模型，主要参数：质量kg，粘性阻尼系数0.04N·s/m

阀芯最小位移0mm，最大位移8mm；

7号元件：阀芯复位弹簧子模型，主要参数：活塞直径15mm，活塞杆直径0mm，弹簧刚度7N/mm，弹簧预紧力8N；

8号元件：控制腔K口节流孔BHO13，节流口直径2mm，节流口长度4mm；

9号元件：控制活塞顶杆阻尼子模型，节流口直径2mm，节流口长度3mm；

10号元件：P2节流孔，节流口直径2mm，节流口长度3mm。

3 液控单向阀模型的性能仿真

液控单向阀的开启压力测定分为两种情况：一是正向开启，即油液从P1口流向P2口；二是反向开启，即在P2口施加工作压力，再逐渐增加控制口K的压力，直到油液从P2口流向P1口，测出阀芯反向开启时控制口K得开启压力。将得到的两种情况下的开启压力曲线图与设计的性能要求相比较，初步判断液控单向阀仿真模型的正确性。

3.1 液控单向阀正向开启仿真测试

试验系统参数设置：

K口、P2口处换向阀的信号源设为0，换向阀的流量都设为200L/min，P1口处换向阀的信号源设为40null，此时该换向阀被置为左位，压力源P与P1口导通，压力源设为0-10s时间内压力从0逐渐增大到10bar，安全阀的设定压力为450bar。

仿真参数设置：仿真时间0-10s，仿真计算步长0.001s，其他为默认值。在P1口压力为1.8bar时阀芯移动到了出口位置，单向阀此时已经导通。当P1口压力上升到4.8bar左右时，压力-流量曲线和压力位移曲线都出现了明显的转折，且此后斜率不再改变，这就说明，在压力达到4.8bar时，液控单向阀已经完全打开。开启压力小于1MPa满足矿用液控单向阀的性能指标的要求。

3.2 液控单向阀反向开启仿真测试

仿真系统参数设置：

P1口两位三通换向阀0-10s内接油箱；P2口接流量为125L/min的泵源，参数设为0-10s内125L/min；K口连接一个压力源，在0-10s内压力由0bar上升至315bar。安全阀的设定压力为450bar。

仿真运行参数设置：

仿真时间：0-10s；仿真步长设为0.001s；选用标准积分器，计算允许误差为10-5，选用混合误差类型，按动态模式仿真。

4 结语

利用建模仿真软件AMESim对液控单向阀的正、反向的开启压力进行仿真分析，为该液压元件的优化使用提供了理论依据。利用该液压仿真软件的图形化建模方式、且非常直观便于掌握的特点，以及在液压机械方而的仿真研究强大的优越性，使设计者摆脱了繁琐的方程求解，专注于物理系统本身，极大地提高了设计效率。

参考文献：

[1]岳大灵，廉自生，支架液控单向阀卸载动态仿真和CFD数值模拟[D].太原：太原理工大学，2008.

[2]邓习树，李自光.当前液压系统仿真技术发展现状及趋势[J].机床与液压，2003（1）：20-22.

[3]李吉，李华聪.仿真软件AMESim应用研究[J].航空计算技术，2006（1）：56-58.