第６期

郭晓松等：工程机械的节流调速液压回路仿真分析

对图１所示的液压回路系统来说，大多数关键元

件的模型均可在液压库中选择，但是系统中的４号元

件——二通压力补偿器作为特定元件，需用ＨＣＤ基

本模型设计仿真子模型。

二通压力补偿器的

工作原理图如图２所

示，它本质上是定差减

压阀。图中，阀芯的左

端作用着比例方向阀的

进口压力Ｐ．，右端（弹

簧腔）作用着梭阀传递

图２二通压力补偿

器工作原理图

的液压缸两腔中较高的压力Ｐ：，减压阀芯上的受力

平衡方程为

（Ｐｌ－ｐ２）Ａ＝后（省ｏ＋算）一Ｆ。

式中：Ａ为减压阀芯左端的面积，ｋ为弹簧的刚度，

Ｆ。为阀芯上的液动力，‰、并分别为弹簧的预压缩量

和阀芯位移。

压力补偿器的工作原理如下所述：假设负载的压

力变大，那么Ｐ：变大，压力补偿器的阀芯由于Ｐ。的

变大而向左移动，使得节流口变大，Ｐ。增大，则比

例方向节流阀的前后压差Ｐ，一Ｐ：的值保持不变。

基于以上分析，利用ＡＭＥＳｉｍ中的ＨＣＤ元件库

构建出二通压力补偿器的模型如图３所示。

图３二通压力补偿器的ＡＭＥＳｉｍ模型

二通压力补偿器的尺寸参数设定如下：ｋ＝

３０Ｎ／ｒａｍ，ｍ＝０．１ｋｇ，Ｄｌ＝１０ｍｍ，Ｄ２＝６ｍｍ，Ｄ３＝

３ｍｍ，ｄ＝２ｍｍ。其中ｋ表示弹簧的刚度，ｍ为阀芯

的质量，Ｄ，、Ｄ：、见分别是阀芯左端、阀芯、阀杆

的直径，ｄ为两个液阻的阻尼孑Ｌ直径。

构建出二通压力补偿器的模型之后，依次从液压

元件库中选取其它标准元件，连接液压回路，建立整

个进口节流调速液压系统的模型如图４所示。

系统模型中选用定量泵２和溢流阀３组成液压

源，溢流阀２的调定值为ＩＯＭＰａ，质量负载为２００ｋｇ，

外加负载由１个线性信号源９和１个信号一力的转换

器８组成，以方便对外负载的大小进行调定。比例换

向阀５开口度的变化依靠调节与之相连的线性信号源

实现。选取液压缸７活塞直径为４０ｍｍ，活塞杆直径

为２２ｍｍ，活塞杆的最大行程为１ｉｎ。以上设定的各参

数值都可以方便地在模型的参数模式下进行调节，以

观察不同的参数设定值对系统的性能所产生的影响。

图４进口节流调速液压回路ＡＭＥＳｉｍ模型

３仿真分析

为了验证模型的可靠性，结合进口节流调速回路

的主要特性，进行以下几方面的仿真分析：

（１）节流调速回路要求在负载不变的情况下，

能够通过改变节流口的开口度，控制流入执行元件的

流量，从而有效地对执行元件的速度进行控制。仿真

中保持质量负载和外负载不变，外负载取值３

０００Ｎ，

仿真时间为５ｓ。通过调节与比例换向阀相连的信号

源，调节开口度的大小，得到液压缸运动速度的仿真

曲线如图５所示，曲线０．

１、２、３依次对应比例节暑０・

流阀的输入信号分别为要ｏ・

一８、一３、一５时活塞杆

：‘

的运动速度。仿真结果

ｏ・ｏ

２．ｖ

ｆ旭４・ｏ

６・ｏ

粤坚鎏楚曼苎苎在李旦

图５节流口不同开度下

的节流口开度下，活塞

一

蠡篡缸的运动速壶

杆的运动速度和系统动

态过程的差别。

（２）在外负载发生变化的情况下，由于压力补

偿器的补偿作用，使得能够保持节流口前后的压差基

本不变，阀口流量不受外负载的影响，执行元件的运

动速度稳定在调定值。在系统模型下，保持节流１７１的

开度（比例方向节流阀的信号输入保持一８）、质量

负载不变，仿真时间取５ｓ。观察外负载分别为

３

０００Ｎ和４

０００Ｎ时节流口前后压力差值的变化，以

及活塞杆速度的变化情况。仿真结果如图６所示。

２．５

２

芒Ｉ．５

毛一

０．５

Ｏ

０．０

２．０

４．０

６．０

ｔ／ｓ

《－）不同负载下节流口的压力差变化

ｍ０４０ｊ厢焉；＝——’

｝０．０３０｛ｆ

；ｏ．０２０｛ｆ

Ｉ一负载为３

ｏｏｏＮ时

詈０．０１０］Ｉ

２一负载为４

０００Ｎ时

０．０００ｊ｜．，．，．，ｒ．，１，．，ｍ

０．０

２．０

４．０

６．０

ｔｌｓ

（ｂ）不同负载下活寒杆的速度变化

图６仿真结果

万方数据