基于遗传算法的卸载阀结构参数优化

　　乳化液泵站是井下采煤液压系统的动力元件，卸载阀是实现乳化液泵站压力自动调节的重要压力控制元件。其功能是在泵持续运转的情况下满足综采工作面断续用液的要求，使泵站的供液压力始终保持在设定的范围内。在卸载阀的实际应用中，结构参数的影响往往使卸载压力过高，导致乳化液泵站工作中浪费了很多能源。过小的阻尼孔容易发生堵塞，使乳化液泵站产生故障，不容易加工; 阻尼孔过大又使得阀工作时阻尼作用减小。因此，设置合理的结构参数和阻尼孔参数对于提高阀的工作性能和泵站的使用寿命是大有作用的^[1]。

　　本文在分析卸载阀工作原理的基础上，借助AMESim 优化功能中的遗传算法对卸载阀阻尼孔参数进行优化。

　　1 卸载阀的工作原理

　　卸载阀主要由带有单向阀的主阀、装有控制活塞的机械先导阀和本安型电磁先导阀三部分组成。阀上还集成有专用过滤器和数个阻尼器。卸载阀可以以电磁或机械两种控制方式长期单独运行，机械控制也可以作为电磁控制的备份运行。其原理如图1 所示。

　　2 卸载阀的数学模型

　　忽略系统其他零件动态特性的影响，假定阀出口压力为0，建立如下数学模型[2-6]:

　　( 1) 主阀芯的运动微分方程

　　式中F_s——— 作用在主阀上的稳态液动力;

　　F_t——— 作用在主阀上的瞬态液动力;

　　F_f——— 主阀芯与阀体间的摩擦力。

　　( 2) 通过主阀阀口的流量方程

　　( 3) 通过主阀芯阻尼孔的流量方程

　　( 4) 先导阀芯的运动微分方程

　　式中F_s2——— 作用在导阀上的稳态液动力;

　　F_t2——— 作用在导阀上的瞬态液动力。

　　( 5) 通过导阀阀口的流量方程

　　( 6) 单向阀的运动微分方程

　　式中F_sA——— 作用在单向阀上的稳态液动力;

　　F_tA——— 作用在主阀上的瞬态液动力。

　　( 7) 单向阀阀口流量方程

　　( 8) 单向阀与控制活塞间阻尼孔流量方程

　　式( 1) -式( 7) 中:

　　p₂、p₁——— 主阀芯上下腔的液压力( Pa) ;

　　p_A、p_K——— 负载压力及控制活塞前腔液压力( Pa) ;

　　A₂、A₁——— 主阀芯上下腔的有效面积( m²) ;