对于三级电液伺服阀的新型仿真与研究

　　0 前言

　　随着轧钢技术的不断发展,对液压系统中的伺服阀也提出更高的要求,即大流量、高响应。传统的二级电液伺服阀常用的是双喷嘴挡板式滑阀力反馈伺服阀,它采用力矩马达作为电-机械转换装置,双喷嘴挡板阀为液压放大元件,力反馈杆与弹簧管构成机械反馈,力矩马达(动铁式)具有固有频率高、结构紧凑等优点。由于其抗污染能力差,且流量也不能满足生产部门的要求,出现了以动圈式力马达为电-机转换元件、两极均以滑阀形式为位移反馈的二级伺服阀,其中以日本KYB公司生产的MK型电液伺服阀为代表,此类阀因为体积大,价格昂贵等因素限制其应用范围。三级电液伺服阀的出现为用户提供了更多的选择。本文以Rexroth公司生产的4WSE3EE三级电液伺服阀(以下简称4W型伺服阀)为例,运用新型仿真软件包AME对其进行仿真和相关的分析研究。

　　1 三级电液伺服阀

　　1.1 4W型伺服阀原理

　　4W型伺服阀由双喷嘴挡板式滑阀力反馈式二级先导阀,在阀套内带主控制阀芯的主级(第3级),应式位移传感器和内置放大器等组成。其工作原理图如图1所示。

　　在力矩马达的线圈输入一电信号,通过电驱的永久磁铁产生力,此力在扭矩管上产生一个扭矩,通过喷嘴挡板装置,产生一个压差,作用在先导阀控制阀芯的两端,使其移动,将先导阀的两个出口压力引入到主阀芯两端,推动主阀芯运动,用一个位移传感器将主阀芯的位移值转换成电信号与给定值在内置放大器中比较,作为控制信号传递到先导级,使得先导控制阀运动,主控制阀芯重新定位。其结构方框图如图2所示。

　　调节相关的参数,或者加入一些校正环节,可以使其达到最佳的使用状态。

　　1.2 仿真软件包的介绍

　　AMESim是法国IMAGINE公司开发的专门用于液压/机械系统的建模、仿真及动力学分析,面向工程交互设计的可视化仿真软件。主要用于机、电、气、液、热多物理场耦合系统的设计与分析。在基于符号的单元重用式仿真设计集成环境下,用户能够借助其友好的、面向实际应用的方案,研究任何元件或回路的动力学特性。它通过单元模型库的概念,以直观的ISO标准符号和功能单元形式建立系统模型,具有先进的交互式数字仿真、交互式实物仿真、软件自动生成、仿真文档自动生成等强大功能,并拥有丰富的数学工具包进行系统的分析、设计及数据可视化,而模型库可通过客户化不断升级和改进,设计人员可使用已有模型或建立新的子模型元件,来构建优化设计所需的实际原型。AMESim求解器可根据不同物理系统的动态特性,在17种可选算法中自动选择最佳积分算法,并具有精确的不连续性处理能力,从而保证了仿真的速度和精度。其运用的基本原理框图如图3所示。