基于AMESim的安全阀动态特性优化研究

　　液压支架在溢流承载阶段,安全阀(见图1)是立柱回路控制和过载保护的关键元件,当顶板快速下沉时,高压液体由右端P口进入安全阀并作用于安全阀阀芯,使安全阀开启卸荷,达到过载保护的目的。但由于液体压力高、冲击速度快,迫使阀口T的泄流量很大,极易使阀芯产生非线性振荡,导致在立柱控制回路中产生液压冲击,其程度比支架在降柱时的卸载冲击还要强烈。因此应采取有效的措施来提高阀芯的稳定性,改善安全阀的动态特性。所以本文对支架立柱用安全阀进行溢流卸载状态进行动态特性仿真,为优化安全阀结构、减小压力冲击提供理论依据^[1] 。

　　1　AMESim仿真环境介绍

　　AMESim ( advanced modeling environment forsimulations of engineering systems)是法国IMAGINE公司于1995年推出的一种基于键合图的高级系统建模、仿真及动态性能分析软件,至今已经发展到AMESim7. 0版本。AMESim仿真软件应用广泛,不仅可以指导新产品的设计开发,而且还可以建立现有产品的仿真模型并进行参数修改以对现有产品性能进行改进。在操作上也非常简单方便,经过下面4个步骤就能得出仿真结果: Sketch草图模式下搭建系统的模型; Submodels子模型模式下为系统元件选择数学模型;Parameters参数模式下为图形模块设置参数; Simulation仿真模式下运行仿真并分析仿真结果^[2] 。

　　2　仿真模型的建立及仿真过程

　　如图2所示,立柱控制回路主要由立柱1、安全阀2、液控单向阀3、换向阀4、液压管道等构成。在仿真时安全阀、立柱的结构及尺寸影响到安全阀的动态性能,需要在AMESim/HCD下根据元件的实际结构和尺寸自己搭建^{[3, 4]} 。其他元件在AMESim液压元件库里直接调用。

　　2. 1　关键元件模型

　　2. 1. 1　立柱模型的建立

　　如图3所示,立柱模型主要由三部分组成:底板、立柱、顶板。建立柱模型时,考虑到油缸的弹性和液压油的可压缩性。模型由两个活动的活塞、一个活动的带黏性摩擦及泄露的元件、一个活动的带摩擦力和终点挡板的质量块、两个容积腔件构成。

　　工作面支护系统的刚度是由“底板-支架-顶板”所决定,而底板对支护系统刚度的影响主要体现在当底板刚度较小时,支架活柱在下缩增阻的同时,底板也被压缩,相当于立柱增阻量一定时增大了活柱缩量,从而减小了支架的刚度及支撑系统的刚度,由此可造成顶板下沉量增大,顶板状态变差。因此在仿真时要合理确定底板的刚度K,用一个零速源和一个运动的线性弹簧-阻尼器搭建成底板模型,通过改变弹簧和阻尼的刚度来确定底板的刚度^[5] 。