AMEsim環(huán)境下安全閥動態(tài)特性仿真分析_李寶金

1、引言安全閥作為保證煤礦安全生產(chǎn)的重要元件 , 在 頂板來壓時避免液壓支架快速下沉造成立柱壓彎 、 壓粗 、 爆裂及頂梁和底座箱等焊接構(gòu)件開焊 、 斷裂 方面起著過載保護(hù)的作用 , 它要求具有良好的靜態(tài) 性能和動態(tài)性能 , 即 :當(dāng)支架頂板緩慢下沉?xí)r保證 液壓支架具有良好的恒阻性 , 當(dāng)頂板突然來壓時能 夠快速開啟溢流進(jìn)行卸載 。 液壓支架大流量安全閥 的工作狀態(tài)是一個瞬變的過程 , 因此 , 動態(tài)性能的 優(yōu)劣是能否實現(xiàn)有效沖擊過載保護(hù)的關(guān)鍵所在 。 本 文利用 AMEsim 軟件建立安全閥的工作系統(tǒng)模型并 依據(jù)安全閥的各項相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置模型的各項參數(shù) 進(jìn)行動態(tài)仿真分析 , 為改善安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2、 , 提 高安全閥的工作穩(wěn)定性提供理論參考 。 1工作系統(tǒng)主要元件模型的建立如圖 1為安全閥工作系統(tǒng)回路的簡化模型 , 由于 安全閥 、 液控單向閥對系統(tǒng)仿真的影響較大 , 所以本 文依據(jù)安全閥 、 液控單向閥及立柱的實際結(jié)構(gòu)尺寸 搭建了相應(yīng)的液壓模型 、 其他各元件在 AMESim 液 壓設(shè)計元件庫中直接調(diào)用 。圖 1立柱液壓系統(tǒng)工作原理圖1. 壓力油源 2. 液控單向閥 3. 安全閥 4. 立柱 液 壓 缸 5. 換 向 閥組及相應(yīng)的液壓管道(1 安全閥模型的建立由圖 2安全閥結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建 如圖 3所示的 安全 閥模型 , 此模型由 6個主要的 HCD 液壓單元組成 :2個容積腔 、 滑柱式

3、的主閥芯 、 質(zhì)量塊 、 帶固定體的控制活塞及帶彈簧的活塞 。 彈簧力將閥保持在關(guān)閉 狀態(tài) , 當(dāng)輸入端壓力增高時 , 液壓力克服彈簧力將 閥打開進(jìn)行卸載排壓 , 后接油箱用于油液的回收 。圖 2安全閥結(jié)構(gòu)簡圖圖 3安全閥 AMESim /HCD 下模型(2 液控單向閥模型的建立圖 4為所要構(gòu)建的液控單向閥的模型 , 此模型 主要由 2個帶終點擋板的質(zhì)量塊 、 2個帶彈簧的活 塞 、 滑柱式的主閥芯 、 3個容積腔 、 帶固定體的控制 活塞和線性彈簧阻尼器組成 。圖 4液控單向閥 AMESim /HCD 下模型(3 AMESim 環(huán)境下安全閥溢流狀態(tài)仿真模型 依據(jù)安全閥立柱系統(tǒng)原 理將各子元

4、件進(jìn)行連 接得到了 AMESim 環(huán)境下整個系統(tǒng)的 HCD 模型如 圖 所示 煤 礦 機(jī) 械Coal Mine MachineryVol. 33No.06Jun. 2012第 33卷第 06期 2012年 06月AMEsim 環(huán)境下安全閥動態(tài)特性仿真分析 *李寶金 , 廉自生(太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 , 太原 030024摘要 :依據(jù)安全閥在立柱系統(tǒng)中的工作原理 , 運(yùn)用 AMESim 軟件建立安全閥立柱系統(tǒng)的仿真模型并進(jìn)行仿真 , 得出了安全閥在溢流卸載過程中的閥芯位移曲線 、 閥口流量及壓力曲線 , 從仿 真結(jié)果可以看出適當(dāng)增加溢流孔個數(shù)有利于安全閥工作狀態(tài)的穩(wěn)定 。關(guān)鍵詞 :AMES

5、IM ; 安全閥 ; 仿真 中圖分類號 :TH137.52文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :A文章編號 :1003-0794(2012 06-0067-02Dynamic Simulation Analysis of Valve Based on AMESimLI Bao-jin , LIAN Zi-sheng(Mechanical Engineering College, Taiyuan University of Technology , Taiyuan 030024, China Abstract :Based on safety valve in column system principle of wo

6、rk, and carries on simulation using AMESim software establishment safety valve column system simulation model, has obtained safety valve in overflow unloading process valve core displacement curve, the valve port current capacity and pressure curve, may see suitable increase opening mouth from simul

7、ation result to be advantageous to safety valve active status stability.Key words:AMESim ; safety valve ; simulation*“ 十一五 ” 國家科技支撐計劃項目 (2007BAB13B01PO1回 流 斷 路 閥 過 濾 器截 止 閥2345M壓力輸入端M MChChChc hc h圖 5立柱液壓控制系統(tǒng) AMESim /HCD 下模型2安全閥溢流仿真過程(1 在 AMESim 草圖模式下根據(jù)圖 1的立柱系統(tǒng)圖選擇合適的 HCD 液壓元件搭建所需的仿真模 型 ;(2 利用 Submod

8、els 為不同應(yīng)用層次上的元件 選擇數(shù)學(xué)模型 , 給定合適的模型假設(shè) ;(3 在 Parameters 模 式 下 為 各 子 模 型 設(shè) 置 參 數(shù) :液 壓 泵 的 額 定 流 量 為 400L/min、 液 控 單 向 閥 的閥芯直徑為 17mm 、 溢流卸載時閥芯的位移最大 行 程 為 7mm 、 頂 桿 直 徑 為 7mm 、 控 制 口 直 徑 為3mm 、 控制活塞直徑為 35mm 。 立柱活塞直徑為 400mm 、 活柱直徑為 300mm 、 立柱行程設(shè)置為 2.5m 。安全閥閥芯直徑為 9mm 、 閥芯周邊通液孔數(shù)設(shè)置 為 10、 通液孔直徑為 2mm 、 溢流卸載時閥芯最大

9、位 移為 7mm 、 調(diào)壓彈簧剛度為 400N/mm, 安全閥正常 開啟壓力為 35MPa 。 其余模型的參數(shù)保持原有的默 認(rèn)設(shè)置即可 ;(4 在 run 設(shè)置仿真開始時間為 0、 終止時間為2s , 按 F9開始仿真 。 得到安全閥閥口壓力 、 流量 、 閥芯位移曲線如圖 6所示 。(a 溢流孔數(shù)為 8的閥芯位移(b 溢流孔數(shù)為 10的閥芯位移(c 閥口流量 (d 閥口壓力圖 6仿真曲線3仿真結(jié)果分析從圖 6(a 閥芯位移曲線可以看出 , 給定沖擊信號后 , 安全閥在 0.8s 時完全開啟 , 即閥的開啟時間 為劇烈 , 這是由于高壓乳化液對閥芯的沖擊劇烈沖擊速度快 , 極易造成閥芯的非線性

10、振蕩 , 此時安全 閥處于逐步開啟狀態(tài) , 在 0.81s 時安全閥完全開 啟閥芯達(dá)到最大位移 7mm 處 , 在 12s 時由于伴 隨著泵供液的減弱安全閥逐步關(guān)閉 , 此時壓力沖擊較小 , 閥芯的振蕩有所減輕 。從圖 6(d 閥芯壓力曲線可以看出安全閥在0.35s 左右達(dá)到最大壓力峰值 40MPa , 動態(tài)壓力超調(diào) 率 為 14.3%<40%, 滿 足 我 國 煤 炭 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn)MT419-1995 液壓支架用閥 中對礦用液壓支架閥性能指標(biāo)的規(guī)定 。 關(guān)閉壓力維持在 33MPa 左右 , 滿 足要求的調(diào)定壓力 90%以上 。 整個過程壓力波動較 為明顯 , 這是由于乳化液 、 增壓

11、缸及閥芯的慣性及 阻尼作用引起的 。 有必要采取措施提高閥芯的穩(wěn)定 性 , 減少振蕩過程 。從圖 6(c 流量曲線可以看出通過溢流閥的流 量在閥芯完全開啟時最大 , 達(dá)到了 420L/min。由于安全閥在溢流狀態(tài) 時閥芯的非 線性振蕩 對于安全閥工作的影響較大 , 所以如何提高安全閥 工作的穩(wěn)定性是需要分析和解決的問題 , 提高安全 閥工作穩(wěn)定性的方法有多種 , 其中一種方法是改變 溢流孔的個數(shù) , 溢流孔數(shù)的增加可以增大安全閥溢 流的速度 , 減小閥芯的振蕩 , 把溢流孔由原來的 8個增加到 10個進(jìn)行比較得到閥芯的位移曲線如圖6(b 所示 。 從閥芯的位移曲線可以看出當(dāng)溢流孔個數(shù)為 10個

12、時閥芯的振蕩幅度明顯比 8個 時要小 , 所以適當(dāng)增加溢流孔的個數(shù)有利于提高安全閥工 作的穩(wěn)定性 。4結(jié)語通過利用 AMESim 軟 件對立柱安 全 閥 溢 流 工作系統(tǒng)的建模和仿真分析 , 顯示了所建模型的正確 性 , 得出了安全閥設(shè)計中重要的數(shù)據(jù)參數(shù) , 為改善 和優(yōu)化安全閥的設(shè)計提供了理論參考 , 同時也顯示 了 AMESim 軟件在液壓 系統(tǒng)建模與 仿真中良 好的 性能和實用性 。參考文獻(xiàn) :1趙麗娟 , 李鴻巖 . 液壓支架用大流量安全閥發(fā)展綜述 J . 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 , 2009(1:17-18.2孫玲 , 李鴻巖 . 液壓支架用大流量安全閥研究 J . 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報

13、 , 2009, 28(52:277-279.3余旋 , 陳海虹 , 鄭瑜 , 等 . 基于 AMESim 的減壓閥建模預(yù)仿真分析J . 起重運(yùn)輸機(jī)械 , 2011(10:32-35.作者簡介 :李寶金 (1986-, 黑龍江綏化人 , 現(xiàn)為太原理工大學(xué)碩士研 究生 , 研究方向為礦山機(jī)電液一體化 , 電子信箱 :woailibaojin123.責(zé)任編輯 :盧盛春 收稿日期 :2012-02-30閥 芯 位 移 ×10-3/m時間 t /s0.200.40.60.81.00.01.02.03.04.05.06.07.01.21.41.61.8閥 芯 位 移 ×10-3/m時間 t /s0.200.40.60.81.00.01.02.03.04.05.06.07.01.21.41.61.82.02.0第 33卷第 06期Vol.33No.06AMEsi