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基于MATLAB的超高压电磁换向球阀动态特性的研究 陈伟1 房彦伟2 （1、山东科技职业学院 2、内蒙古工业大学） 摘要：本文主要研究在超高压工况下，电磁换向球阀的动态特性，建立在超高压工况下的数学模型，应用MATLAB软件进行其动态特性分析，其结果有利于液压系统及元件的设计和改造。 关键词：超高压；MATLAB；电磁阀；动态特性 DYNAMICAL SIMULATION BY COMPUTER OF ELECTROMAGNETIC VALVE Chen Wei Fang Yanwei （Shandong Vocational College of Science Technology,Weifang 261053) Abstract: The dynamical model of ultra-high electromagnetic ball valve is established and solved by compter. The method to simulate is introduced in detail. Meanwhile the key factors affecting it’s dynamical characteristics are discussed and the simulation results show that the Matlab method is an effective way to simulate the hydraulic system. Keywords:utra-high pressure; matlab; electromagnetic valve; dynamical characteristics 0 引 言 液压系统的动态仿真对于改进液压系统的设计，提高液压系统的可靠性都具有重要意义。随着计算机工程技术的发展，液压系统与数字计算机相结合产生的数字液压技术已经成为当前液压技术发展的一个重要方向。计算机数字仿真可以帮助液压系统设计人员在设计阶段就较准确地预测出设计对象具有的动态特性，能够实现参数和方案的优化，以便获得最佳设计。 超高压电磁换向球阀要求换向时压力损失要小。因为压力损失大，则功率损耗增大，这样会导致系统发热，从而影响系统的工作性能。本文通过建立超高压电磁换向球阀的受力平衡方程，用语言中的对其进行动态仿真，来分析压力损失的瞬态特性及其影响因素。 1 建立动态特性数学模型 超高压电磁换向球阀在通电时，阀芯在电磁铁的作用下开始换向，电磁铁的推力需克服液流恒定流动时(常开状态)而产生的稳态液动力、由球阀开口量的变化过程而产生的瞬态液动力、复位弹簧的作用力、推杆密封而产生的摩擦阻力，以及阀芯移动的粘滞性阻尼力。 当电磁铁断电，阀芯在复位的过程中，复位弹簧力需克服阀芯开口变化而导致的瞬态液动力、推杆密封摩擦阻力及电磁铁的剩磁力的作用，液流在恒定流动后而产生的稳态液动力、以及阀芯移动时的粘滞性阻尼力。 在不同情况下，换向阀的动力学微分方程如下： 1) 当电磁铁通电，阀芯开始换向的瞬间 2) 当电磁铁通电，阀芯移动，阀口打开时 3)当电磁铁断电，阀芯开始复位的瞬间 4)电磁铁断电，弹簧推动阀芯复位过程中 式中 —阀芯与弹簧的总质量；—阀芯位移；—弹簧预压量；—弹簧刚度； —电磁铁推力；—稳态液动力；－瞬态液动力；—粘滞性阻尼力； —推杆密封摩擦力总和；－电磁铁剩磁力。 算例:液压系统中使用抗磨液压油，公称流量 ,公称压力，最高压力时，超高压电磁换向球阀公称通径，允许的压力损失，阀芯的最大开口量，弹簧刚度，弹簧预压量，杠杆比为，阀芯和弹簧质量。 确定压力损失为输出方程[1] 式中 第一项为阀前孔的压力损失；第二项为阀口的局部压力损失 ； —压力损失()；—计算沿程压力损失的流道水力直径()，按公称流量，取； —油液的重度（）；—重力加速度（）； —计算沿程压力损失时流道内油液的平均流速（）[1]， （－公称流量）； —根据油液在阀内流动情况而确定的沿程摩擦阻力系数； —计算沿程压力损失的管道长度（），根据有关试验标准[1]， 取；； —计算局部压力损失时的油液平均流速（）[1]， （－阀座孔直径；－阀芯位移）； —根据油液在阀内流动情况而确定的局部阻力系数； 2 应用建模和仿真 应用的工具箱对上述超高压电磁换向阀进行仿真研究，建立如图1、图2所示的仿真模型。 3 仿真结果 当系统公称压力为，电磁换向球阀的公称通径为时 3.1阀芯最大开口量,阀芯直径为。当输入流量分别为，，时，压力损失的仿真结果见图3、图4。 3.2 阀芯直径为，输入流量为。压力损失和开口量的关系的仿真结果见图5、图6。 图1