基于AMESim的新型元件与液压系统仿真

　　旨在降低能量损耗的各种先进调速节能控制技术，正在逐渐成为机电液伺服系统的研究重点[1]。在定量泵作动力源的液压系统中，电动机(或内燃机)近似匀速，多余的液压油经溢流阀回流，该过程称为高压节流。据统计，由高压节流造成的能量损失高达 36%~68%[2]。本文采用带位移反馈的感载溢流阀，将位移传感器所获信号控制变频器进而控制电机转速，或者调节内燃机的喷油阀门的开度，以达到很好节能效果。

　　1 位移反馈溢流阀的工作原理

　　带位移反馈的感载溢流阀结构如图1 所示，具有比例特性的主节流阀芯2、和主节流阀芯位移传感器4、先导压力调节阀5。主节流阀芯位移检测原理：将普通溢流阀口改为比例节流口，让节流口两端压降恒定不变，从而阀口的开度就会随流量变化而成比例变化，可以通过位移传感器感应溢流流量的大小。那么流量越大，阀口开度越大，阀芯的行程也越大，阀口开度就反映了溢流流量的大小，而溢流流量反映出系统富余液压能的状况，所以位移传感器4 所获信号可用于动力源的输出流量的调节。与比例溢流阀相比有原理上的相似处，比例溢流阀的比例信号是输入控制电信号，而感载溢流阀的比例信号为输出感应信号。

　　2 液压控制系统的数学模型

　　本文设计溢流阀流量-位移传感器的思路如下：先取一个面积梯度W 为常数，流量增益为Kq的锐变型可变节流口作为流量-位移的转换元件，被测的流量Q 与阀口的开度Xq 之间的关系为：

　　由于溢流阀的限压溢流功能而使得比例节流口两端一边接油箱，一边接压力腔;溢流时压差恒定，因此保证式中Kq为恒量。本节就是在此背景下提出了溢流阀的设计方案，并应用于泵的变量控制系统，控制系统原理如图2 所示。

　　3 系统的AMESim 仿真模型

　　AMESim 的仿真模型如图3 所示，模型图的左边部分表示的是带位移反馈的溢流阀，右边部分表示变负载阀控制液压缸系统。 表示比例流量阀的波动控制信号，该信号用于产生系统的变流量工况，液压缸头的 表示生成液压缸承受负载的变动曲线，其它部分名称如图所示。这样的仿真模型便构成了液压系统变负载力和变负载功率的仿真条件。

　　图4 和图5 表示调速阀的工作情况。

　　此处仿真模型中的比例阀用于开环控制液压缸动作，所以比例阀作用相当于比例方向阀的作用，从图4 可以看出比例阀的比例流量控制信号存在大范围多变动，从而使得阀的输出流量如图5 所示同步变化，所以液压系统供应流量也是大变动的。如果油源是定流量输出，那么将会有较多的溢流损失，本文采用新型溢流阀流量反馈信号控制变量泵，使变量泵改变输出流量达到流量跟随控制节能的目的。其中图6 显示出了变量泵跟踪比例调速阀的控制曲线，其跟踪性能正好是感载溢流阀输出信号的调节结果。图7 反映了泵输出功率的变化;图8 和9 为感载溢流阀的工作情况;图10 是普通溢流阀在相同工况时溢流流量，该流量大大超过了感载溢流阀的流量。