2D数字溢流阀的动态性能仿真与分析

　　前  言

　　溢流阀技术经过多年的发展已经相对成熟,但随着应用领域的扩大,对其性能要求在不断提高,这就需要科研技术人员进行深入研究来改进其技术及性能。本文中的2D数字溢流阀采用调压螺旋机构作为先导级,使得先导阀的结构简化,并且性能也有所提高。

　　1　2D数字溢流阀的结构和工作原理

　　图1是2D数字溢流阀的结构图,与普通先导式溢流阀的结构相比,它们的基本结构都是由主阀和先导阀组成的,只是2D数字溢流阀的先导阀采用了调压螺旋机构,调压螺旋机构的角位移由步进电机5进行控制。

　　调压螺旋机构是在先导阀的阀套上开有轴对称的高、低压孔,在阀芯上开有一条螺旋槽,高压孔与系统旁路相连,低压孔与回油腔相连。在稳定工作时,高低压孔对称的位于螺旋槽的两侧。

　　将2D数字溢流阀接在液压系统中用来调节系统的压力,在本文的讨论中将负载等效为容腔VL和截流口的串联,得到如图2所示的工作原理图。当步进电机驱动先导阀阀芯转动时,可以假定高压孔与螺旋槽的重叠面积减小,而低压孔与螺旋槽的重叠面积增大,从而使得通过低压孔的溢流量增大,敏感腔的压力将变小,此时作用在主阀阀芯上端面的液压推力将减少。因此,主阀阀芯将向上运动,主阀口溢流量增大,从而系统压力变小。同时由于反馈过程的存在,即在先导阀阀芯右端弹簧力的作用下,使先导阀阀芯向左运动,这将使得敏感腔的压力升高,直到先导阀阀芯的液压推力等于右端的弹簧作用力为止,从而到达一个新的稳定工作状态。

　　2　2D数字溢流阀的数学模型

　　为了简化分析和求解,作如下假设:

　　①忽略阀的泄漏量和系统截流口的流量;

　　②阀芯运动时只考虑粘性阻力的影响。

　　(1)先导阀阀芯的运动方程:

式中　p1———敏感腔的压力

　　A0———先导阀阀芯端面面积

　　m———先导阀阀芯质量

　　Kx———调压弹簧刚度

　　x0———调压弹簧预压缩量

　　x———先导阀阀芯的位移

　　Bcx———粘性阻尼系数

　　(2)先导阀高压口流量方程:

式中　Cd———流量系数

　　ρ———油液密度

　　ps———系统压力

　　S1———阻尼槽与高压孔的重叠面积

　　(3)先导阀低压口流量方程:

式中　S2———阻尼槽与高压孔的重叠面积

　　(4)敏感腔的压力流量方程:

式中　βe———油液压缩系数