基于AMESim的减压阀建模与仿真分析

　　0 引言

　　减压阀通过调节将进口压力减至需要的出口压力，并依靠介质本身的能量，使出口压力自动保持稳定。减压阀广泛用于水压过高的城市高层建筑给水管网、矿井等场合，以保证给水系统中各用水点获得适当的服务水压和流量。

　　AMESim 是系统工程高级建模和仿真平台，它提供了系统工程设计的完整平台，用户可以在同一平台上建立复杂的多学科领域系统的模型，而AMESim 软件中的 HCD ( Hydraulic Component De-sign) 液压元件库功能强大，可以对各种液压元件或液压装置建模。其采用结构单元建模，模型较直观，可在此基础上进行仿真计算和深入的分析。本文利用AMESim 提供的HCD 液压元件设计库构建减压阀的仿真模型，依照阀的相关数据设置模型的各项基本参数并进行仿真。通过调节特定的仿真参数分析减压阀的性能，从而验证建模的正确性。

　　1 阀的机能

　　图1 为所要构建的减压阀，输入压力端为P，输出载荷端为A，输出端压力作为阀的驱动压力。构建该模型的主要目的是使阀的输出端能够维持1个预定的压力。弹簧力用来维持阀的打开状态，而驱动压力则使阀有关闭的趋势。若负载压力低，弹簧力将阀打开，流量增加; 若负载压力高，则阀部分关闭或全关闭。后接油箱负责回收排油。

　　2 仿真模型

　　根据图2，应用AMESim HCD 库构造如图3 所示的仿真模型。在图3 中，液压腔动态特性通过2管道子模型 HL000 进行模拟，驱动腔的体积未考虑压缩性影响。图3 所示的模型没有考虑泄漏，对输出端 A 也没进行稳定化处理或设置阻尼孔口，阀的工作不理想。

　　图4 是在图3 模型的基础上稍加改进的系统。管道子模型HL000 用压缩性元件 BHC11 代替。需要指出的是，容积变化由液压腔传递到子模型BHC11。

　　在图4 中，由于标准 AMESim 子模型只能提供流量，所以需用1 液压节点来连接可变孔口和HCD 子模型。考虑到左侧阻尼和输入端之间的泄漏，在阻尼孔口附加1 并行孔口。

　　综上所述，图4所示的仿真模型更合理。

　　3 参数设置

　　参照阀的相关数据，设置系统参数如表1。仿真时间10 s，通信间隔0. 01 s。本系统没有考虑压力的动态特性，除BAP12以外的其他子模型的相关参数保留默认值即可，而BAP12 则需给液压腔子模型提供一定的体积量。

　　当位移为0 时，腔长最小，输入量为0。可以通过设定子模型BHC11 中死体体积来增大输入值。将控制腔 ( 左 BHC11) 死体体积设为2 m³，输出腔( 右 BHC11) 死体体积设为100 cm³。