一种阀口冲蚀预测方法、阀口泄漏补偿控制方法

技术领域

本公开属于液压技术领域，具体涉及一种阀口冲蚀预测方法、阀口泄漏补偿控制方法。

背景技术

冲蚀磨损是一种工业界的常见的磨损形式，也广泛地存在于具有滑阀结构的电液比例伺服阀中。参阅图1所示，滑阀冲蚀磨损最严重的部位是起节流作用的阀口，即同一位置的阀芯2和阀套1的节流边组成的部位，也是滑阀最精密的部位。当阀口3处发生冲蚀后，通常会造成阀的压降降低、零位泄漏量增大，当零位泄漏量增大到一定程度，阀将不能继续使用。目前针对阀的零位泄漏，一般采用PID控制进行补偿，缺点是补偿精度差，不能完全补偿冲蚀造成的影响，原因是没有阀口3冲蚀量的预测模型，无法基于模型来设计控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开的目的在于提供一种根据阀工作的工况条件获得阀口的冲蚀率、冲蚀量和泄漏流量等阀口状态的阀口冲蚀预测方法和阀口泄漏补偿控制方法。

为了实现本公开的目的，本公开所采用的技术方案如下：

本公开提供一种阀口冲蚀预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于阀口部位工况参数获得多种工况下的冲蚀率数值；

基于多种工况下的所述冲蚀率数值，根据最小二乘拟合原理，获得关于阀口压降和阀口开度的阀口冲蚀率函数；

基于所述阀口冲蚀率函数，获得阀口冲蚀后的冲蚀量、冲蚀轮廓、过流面积和/或泄漏流量。

可选地，所述基于阀口部位工况参数获得多种工况下的冲蚀率数值，包括：

从阀体三维模型中提取流体域模型；

将所述流体域模型导入流体力学软件，设置阀口部位工况参数，基于颗粒壁面碰撞公式和材料冲蚀率公式获得多种工况下的冲蚀率数值。

可选地，所述阀口部位工况参数包括油液参数、阀腔内壁参数、颗粒材料参数、颗粒尺寸参数、颗粒数量参数、阀腔入口压力、阀腔出口压力和阀口开度参数。

可选地，所述基于多种工况下的所述冲蚀率数值，根据最小二乘拟合原理，获得关于阀口压降和阀口开度的阀口冲蚀率函数，包括；

假定阀口冲蚀率函数为多项式形式；

基于多个所述冲蚀率数值，利用非线性拟合函数求解所述多项式的系数，获得所述阀口冲蚀率函数的近似拟合函数。

可选地，所述基于多种工况下的所述冲蚀率数值，根据最小二乘拟合原理，获得关于阀口压降和阀口开度的阀口冲蚀率函数，还包括：

基于所述近似拟合函数，做所述多项式中变量的对比分析，去除代入至所述近似拟合函数中的异常数据，再进行拟合求解所述多项式的系数；

经过多次循环拟合，获得所述阀口冲蚀率函数。

可选地，获得阀口冲蚀后的所述冲蚀轮廓，包括：

基于所述阀口冲蚀率函数，获得阀口冲蚀后的冲蚀量；

基于所述冲蚀量，获得阀口部位冲蚀后的冲蚀深度；

基于所述冲蚀深度，获得冲蚀后阀口的所述冲蚀轮廓。

可选地，获得阀口冲蚀后的所述过流面积，包括：

基于所述阀口冲蚀率函数，获得阀口冲蚀后的冲蚀量；

基于所述冲蚀量，获得阀口部位冲蚀后的冲蚀深度；

基于所述冲蚀深度，获得冲蚀后阀口的过流面积。

可选地，获得阀口冲蚀后的所述泄漏流量，包括：

基于所述阀口冲蚀率函数，获得阀口冲蚀后的冲蚀量；

基于所述冲蚀量，获得阀口部位冲蚀后的冲蚀深度；

基于所述冲蚀深度，获得冲蚀后阀口的过流面积；

基于所述过流面积，获得冲蚀后阀口的泄漏流量。

可选地，还以阀口压降和阀口开度为变量，基于所述阀口冲蚀率函数获得冲蚀率数据矩阵，在阀体工作中，基于冲蚀率数据矩阵实时获得阀体的冲蚀量和泄漏流量。

本公开还提供一种阀口泄漏补偿控制方法，包括以下步骤：

基于上述所述阀口冲蚀预测方法，获得阀口冲蚀后的所述泄漏流量，基于所述泄漏流量对阀口泄漏进行补偿控制。

本公开中，根据阀体工作的多种常见工况条件进行计算获得阀口的冲蚀率数据，根据最小二乘拟合原理，获得关于阀口压降和阀口开度的阀口冲蚀率函数，覆盖阀的全部工况条件，利用此阀口冲蚀率函数则可计算阀口任意时刻的冲蚀量、冲蚀轮廓、过流面积和/或泄漏流量，有利于后续对实际阀工作中的实时冲蚀量和泄漏流量进行计算，具有理论上的真实性、合理性。该方法计算精度高、过程简单、结果准确。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本公开中滑阀的阀口位置的结构示意图；

图2是本公开的阀口冲蚀预测方法的方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

参阅图2所示，本公开提供的一种阀口冲蚀预测方法，包括以下步骤：

S1、基于阀口部位工况参数获得多种工况下的冲蚀率数值；阀口部位工况参数可以选择常见的阀口部位工况参数。

具体方法可以包括：

S11、从阀体三维模型中提取流体域模型；流体域模型可以从阀体的三维模型中提取；

S12、将流体域模型导入流体力学软件，例如Fluent、CFX、Star CCM等，可以在导入流体力学软件前或之后对流体域模型进行网格划分，

S13、设置阀口部位工况参数，该工况参数可以包括油液参数、阀腔内壁参数、颗粒材料参数、颗粒尺寸参数、颗粒数量参数、阀腔入口压力、阀腔出口压力和阀口开度参数等需要的参数。

S14、基于颗粒壁面碰撞公式和材料冲蚀率公式获得多种工况下的冲蚀率数值。

其中，材料冲蚀率计算公式为：

其中，ER是单位时间单位面积下冲蚀磨损掉的材料质量；N

颗粒壁面碰撞公式可以采用经验公式，利用软件中设置经验参数进行计算。

S2、基于多种工况下的冲蚀率数值，根据最小二乘拟合原理，使数据点与所求函数值的残差平方和为最小，获得关于阀口压降ΔP和阀口开度x

具体方法包括：

S21、假定阀口冲蚀率函数为多项式形式，其表达式为：

S22、基于多个冲蚀率数值，利用非线性拟合函数lsqcurvefit(f,p0,xydata,z)求解多项式的系数p，获得阀口冲蚀率函数的近似拟合函数。

优选的，还可以包括以下步骤：

S23、基于近似拟合函数，做多项式中z变量的对比分析，去除代入至近似拟合函数中的异常数据，异常数据是与函数值相差较大的异常的数据点，再进行拟合求解多项式的系数p；

经过多次循环拟合，获得关于阀口压降ΔP和阀口开度x

ER＝f(ΔP,x

S3、基于阀口冲蚀率函数，获得阀口冲蚀后的冲蚀量M、冲蚀深度d、过流面积A和/或泄漏流量Q。

获得阀口冲蚀后的冲蚀轮廓的具体方法包括：

根据滑阀的实时工况参数，可以由阀口冲蚀率函数计算得到阀芯2节流边某点的冲蚀率值ER

获得阀口冲蚀后的冲蚀深度d是基于以下公式：

d＝M/ρ

式中，ρ是阀腔内壁材料密度；

参阅图1所示，基于冲蚀深度d进而得到阀口两侧的冲蚀深度d

获得阀口冲蚀后的过流面积A是基于以下公式：

式中，r表示阀芯直径；

获得阀口冲蚀后的泄漏流量Q是基于以下公式：

式中，C

在另一实施例中，为了方便实时获得阀体的冲蚀量和泄漏流量，还以阀口压降ΔP和阀口开度x

本公开还提供一种阀口泄漏补偿控制方法，包括以下步骤：

基于上述阀口冲蚀预测方法，获得阀口冲蚀后的泄漏流量Q，基于泄漏流量Q对阀口泄漏进行补偿控制，方便了阀体流量监测和补偿，方便对于液压系统的精准控制。

本公开中的，阀口冲蚀后零位泄漏流量的计算方法是专门针对阀口冲蚀轮廓进行设计，阀口冲蚀轮廓通过仿真结果绘制，该方法计算精度高、过程简单、结果准确。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。