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
液压阀块的油路要符合液压系统...
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
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
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
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
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
图 3.3.1 AMESim搭建系统模拟图
AMESim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：
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
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：
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，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
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，比例溢流阀是按给定指数信号缓慢泄压的，所以系统冲 击振动小，且压力变化随比例溢流阀给定电流信号变化。
3. 压力越高，随需要流量就越大，所以冲液时间就越长；泄压都是按比例溢流阀给定信号缓慢变化，受溢流阀制约，所以泄压时间和给定比例溢流阀信号有关。
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