基于AMESim的电液比例节流阀建模与仿真
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X 学术
交流 UE S HU J IAO LIU
基于 AMESim 的电液比例节流阀建模与仿真
◆ 温 彬 黄国焘 张立龙 王艳刚
摘要：以电液比例节流阀为研究对象，以 AMESim 工程软件为平台建立了电液比例节流阀的 仿真模型。分析了弹簧刚度对比例节流阀的静态和动态特性的影响，为设计电液比例控制系统时 如何选用电液比例节流阀提供了重要参考。
2 电液比例节流阀的 AMES im 仿真
2.1 AMES im 仿真软件简介 LMS b AMESim (Advanced Modeling
Environment of Simulation)最早由法国 Imagine 公司 于 1995 年推出的基于键合图理论的多学科领域复杂 系统建模仿真软件，至今已经发展到了 12.0 版本。 其采用基于物理模型的图形化建模方式，为用户提
利用 AMESim 工程软件建立电液比例节流阀模
U学 术
XUE S HU J IAO LI 交流
表 1 电液比例节流阀静态仿真参数
符号 P1 PL △P m Xmax FN d d力 出口压力
压差 阀芯质量 阀芯最大位移 电磁铁最大推力 节流阀体孔径 节流阀芯杆径 节流阀零位遮盖量 弹簧刚度 弹簧预压缩力 比例电磁铁系数
本文应用 AMESim 工程软件中的机械库、控制 库、液压库以及液压元件设计库建立电液比例节流 阀的仿真模型，对电液比例节流阀的静、动态特性 进行了仿真分析。
1 电液比例节流阀的工作原理
该型号比例节流阀的结构见图 1。
图 1 所示该比例节流阀为直接作用式单级控制 型，主要由比例电磁铁、阀芯、节流阀弹簧、节流 阀体等元件构成。比例电磁铁直接驱动节流阀阀芯 运动，当比例电磁铁断电时，弹簧将阀芯顶回到初 始位置由弹簧保持。其工作原理是：当比例电磁铁 输出电磁力克服弹簧力、摩擦力和液动力，使阀口 开启，主流量油液由 P 口流向 A 口。节流阀阀芯位 移与输入电信号呈线性比例关系，而输出流量与输 入电信号成某一函数关系，此函数取决于阀口的几 何形状和阀口的压降。
(11): 13- 18. [12] 韩平.股票发行价格管制对资本市场的影响分析 [J].中国物价,2018,(2): 52- 55. [13] 胡志强,万朝辉,张云云.政府管制下企业的 IPO 时机和资本结构[J].技术经济,2014,(6): 124- 129.
（作者单位：江西财经大学） END
供了可以直接使用的丰富的元件应用库，使用户从 繁琐的数学建模中解放出来，从而专注于物理系统 本身的设计。用户可以在这个单一平台上建立多级、 复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行 仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任 何元件或系统的静态和动态性能。其在操作上非常 简单方便，首先在 Sketch 草图模式下搭建系统的模 型；其次在 Submodels 子模型模式下为系统元件选 择数学模型；再次在 Parameters 参数模式下为图形 模块设置参数；最后在 Simulation 仿真模式下运行 仿真并分析仿真结果。 2.2 电液比例节流阀的静态性能仿真分析
[9] 穆菁,吴佳.以市场方式解决市场问题:谈股票发行 定价机制的市场化改革[J].上海财税,2000,(8): 30- 31. [10] 谭亮.我国首次公开发行股票的定价方式研究[J]. 学术论坛,2013,(7): 141- 145. [11] 周孝华,赵炜科,刘星.我国股票发行审批制与核 准制下 IPO 定价效率的比较研究[J].管理世界,2006, 72 本栏编辑 席尚明
F1
FT
F1 图 2 阀芯受力分析 在比例节流阀中，作用在阀芯上的力主要有电 磁力 Fi、弹簧力 FT、液动力 FS，见图 2。根据参考 文献可知，阀的性能与弹簧刚度有一定的关系。因 此，本文着重研究弹簧刚度对比例节流阀的静、动 态性能的影响。
1
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P
A 图 1 直接作用式单级比例节流阀结构 1 .比例电磁铁 2.节流阀芯 3 .节流阀弹簧 4.节流阀体
取值 56 48 8 0.1 1.5 42 20 7.8 0.7
12.2、15、18 14.64 0.0532
单位 bar bar bar kg mm N mm mm mm N/mm N
图 3 比例节流阀的仿真模型
型 （见图 3）。在建立仿真分析模型过程中，以信号 控制库中的 signal03[03]模拟比例节流阀的电磁铁输 入信号，其为 40～760 mA 的线性输入电流，以机 械 库 中 的 solenoid [FORC] 模 拟 比 例 电 磁 铁 ， 以 mass- friction- endstops[MAS005]模拟阀芯质量，以 液压元件设计库 （HCD） 中的 bao9[BA021]模拟阀 芯，其压力口对应原理图的 A 口，左边与其相邻元 件的压力口对应原理图的 P 口，以液压元件设计库 （HCD） 中的 bap3[BAP016]模拟比例节流阀弹簧腔。 电液比例节流阀静态仿真参数见表 1。电液比例节 流阀阀口通流面积仿真参数见表 2，电液比例节流 阀阀口水力直径仿真参数见表 3。
仿真模型中的信号为电磁铁输入的线性电流信 号，输入电流值为 0～760 mA。仿真得到所建立的 电液比例节流阀模型的流量 - 电流曲线为一组曲线 （见图 4）。在图 4 中，曲线 1、曲线 2、曲线 3 分别 表 示 弹 簧 刚 度 为 12.2 N/mm、 15 N/mm、 18 N/mm 的比例节流阀的流量 - 电流特性。由图 4 可以看 出，随着弹簧刚度的增大，该比例节流阀存在死区， 当输入电流大于 315 mA 后 , 出流量随着输入电流的 增大而增大。由于阀芯的最大位移与弹簧刚度无关，
关键词：电液比例技术；农业机械；电液比例节流阀；AMESim DOI：10.3969/ J.ISSN.1673—632X.2019.01.004 中图分类号：TH327 文献标识码：A
电液比例技术集中了电气和微电子技术在信号 检测、放大、处理和传输等方面的优势，并结合现 代计算机技术，实现机电液一体化、远程控制和按 复杂程序动态响应。电液比例技术是以电液比例阀 或电液比例变量泵为主要控制元件的电液控制技术， 已成为联系电子技术与机械系统的接口，越来越广 泛地应用于农业机械领域。电液比例节流阀是电液 比例系统中重要的液压元件。它用于控制液压系统 的流量，与普通节流阀的主要区别是用比例电磁铁 取代原来的手调机构，用来调节节流口的通流面积， 使输出流量与输入的电信号成比例，具有结构简单、 成本低、响应较快等优点。
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基于 AMESim 的电液比例节流阀建模与仿真
◆ 温 彬 黄国焘 张立龙 王艳刚
摘要：以电液比例节流阀为研究对象，以 AMESim 工程软件为平台建立了电液比例节流阀的 仿真模型。分析了弹簧刚度对比例节流阀的静态和动态特性的影响，为设计电液比例控制系统时 如何选用电液比例节流阀提供了重要参考。
2 电液比例节流阀的 AMES im 仿真
2.1 AMES im 仿真软件简介 LMS b AMESim (Advanced Modeling
Environment of Simulation)最早由法国 Imagine 公司 于 1995 年推出的基于键合图理论的多学科领域复杂 系统建模仿真软件，至今已经发展到了 12.0 版本。 其采用基于物理模型的图形化建模方式，为用户提
利用 AMESim 工程软件建立电液比例节流阀模
U学 术
XUE S HU J IAO LI 交流
表 1 电液比例节流阀静态仿真参数
符号 P1 PL △P m Xmax FN d d力 出口压力
压差 阀芯质量 阀芯最大位移 电磁铁最大推力 节流阀体孔径 节流阀芯杆径 节流阀零位遮盖量 弹簧刚度 弹簧预压缩力 比例电磁铁系数
本文应用 AMESim 工程软件中的机械库、控制 库、液压库以及液压元件设计库建立电液比例节流 阀的仿真模型，对电液比例节流阀的静、动态特性 进行了仿真分析。
1 电液比例节流阀的工作原理
该型号比例节流阀的结构见图 1。
图 1 所示该比例节流阀为直接作用式单级控制 型，主要由比例电磁铁、阀芯、节流阀弹簧、节流 阀体等元件构成。比例电磁铁直接驱动节流阀阀芯 运动，当比例电磁铁断电时，弹簧将阀芯顶回到初 始位置由弹簧保持。其工作原理是：当比例电磁铁 输出电磁力克服弹簧力、摩擦力和液动力，使阀口 开启，主流量油液由 P 口流向 A 口。节流阀阀芯位 移与输入电信号呈线性比例关系，而输出流量与输 入电信号成某一函数关系，此函数取决于阀口的几 何形状和阀口的压降。
(11): 13- 18. [12] 韩平.股票发行价格管制对资本市场的影响分析 [J].中国物价,2018,(2): 52- 55. [13] 胡志强,万朝辉,张云云.政府管制下企业的 IPO 时机和资本结构[J].技术经济,2014,(6): 124- 129.
（作者单位：江西财经大学） END
供了可以直接使用的丰富的元件应用库，使用户从 繁琐的数学建模中解放出来，从而专注于物理系统 本身的设计。用户可以在这个单一平台上建立多级、 复杂的多学科领域的系统模型，并在此基础上进行 仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任 何元件或系统的静态和动态性能。其在操作上非常 简单方便，首先在 Sketch 草图模式下搭建系统的模 型；其次在 Submodels 子模型模式下为系统元件选 择数学模型；再次在 Parameters 参数模式下为图形 模块设置参数；最后在 Simulation 仿真模式下运行 仿真并分析仿真结果。 2.2 电液比例节流阀的静态性能仿真分析
[9] 穆菁,吴佳.以市场方式解决市场问题:谈股票发行 定价机制的市场化改革[J].上海财税,2000,(8): 30- 31. [10] 谭亮.我国首次公开发行股票的定价方式研究[J]. 学术论坛,2013,(7): 141- 145. [11] 周孝华,赵炜科,刘星.我国股票发行审批制与核 准制下 IPO 定价效率的比较研究[J].管理世界,2006, 72 本栏编辑 席尚明
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F1 图 2 阀芯受力分析 在比例节流阀中，作用在阀芯上的力主要有电 磁力 Fi、弹簧力 FT、液动力 FS，见图 2。根据参考 文献可知，阀的性能与弹簧刚度有一定的关系。因 此，本文着重研究弹簧刚度对比例节流阀的静、动 态性能的影响。
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A 图 1 直接作用式单级比例节流阀结构 1 .比例电磁铁 2.节流阀芯 3 .节流阀弹簧 4.节流阀体
取值 56 48 8 0.1 1.5 42 20 7.8 0.7
12.2、15、18 14.64 0.0532
单位 bar bar bar kg mm N mm mm mm N/mm N
图 3 比例节流阀的仿真模型
型 （见图 3）。在建立仿真分析模型过程中，以信号 控制库中的 signal03[03]模拟比例节流阀的电磁铁输 入信号，其为 40～760 mA 的线性输入电流，以机 械 库 中 的 solenoid [FORC] 模 拟 比 例 电 磁 铁 ， 以 mass- friction- endstops[MAS005]模拟阀芯质量，以 液压元件设计库 （HCD） 中的 bao9[BA021]模拟阀 芯，其压力口对应原理图的 A 口，左边与其相邻元 件的压力口对应原理图的 P 口，以液压元件设计库 （HCD） 中的 bap3[BAP016]模拟比例节流阀弹簧腔。 电液比例节流阀静态仿真参数见表 1。电液比例节 流阀阀口通流面积仿真参数见表 2，电液比例节流 阀阀口水力直径仿真参数见表 3。
仿真模型中的信号为电磁铁输入的线性电流信 号，输入电流值为 0～760 mA。仿真得到所建立的 电液比例节流阀模型的流量 - 电流曲线为一组曲线 （见图 4）。在图 4 中，曲线 1、曲线 2、曲线 3 分别 表 示 弹 簧 刚 度 为 12.2 N/mm、 15 N/mm、 18 N/mm 的比例节流阀的流量 - 电流特性。由图 4 可以看 出，随着弹簧刚度的增大，该比例节流阀存在死区， 当输入电流大于 315 mA 后 , 出流量随着输入电流的 增大而增大。由于阀芯的最大位移与弹簧刚度无关，
关键词：电液比例技术；农业机械；电液比例节流阀；AMESim DOI：10.3969/ J.ISSN.1673—632X.2019.01.004 中图分类号：TH327 文献标识码：A
电液比例技术集中了电气和微电子技术在信号 检测、放大、处理和传输等方面的优势，并结合现 代计算机技术，实现机电液一体化、远程控制和按 复杂程序动态响应。电液比例技术是以电液比例阀 或电液比例变量泵为主要控制元件的电液控制技术， 已成为联系电子技术与机械系统的接口，越来越广 泛地应用于农业机械领域。电液比例节流阀是电液 比例系统中重要的液压元件。它用于控制液压系统 的流量，与普通节流阀的主要区别是用比例电磁铁 取代原来的手调机构，用来调节节流口的通流面积， 使输出流量与输入的电信号成比例，具有结构简单、 成本低、响应较快等优点。
