电液比例三通溢流型减压阀先导液桥设计

　　1引言

　　在开发设计液压系统或元件时，一般从静态和动态两个方面考虑，使用的方法主要有理论分析、计算机仿真、实验研究3 种^[1~2]。由于液压系统的非线性因素，常常需进行线性化与简化，因而理论分析得出的结论往往误差较大，而且也不符合元件的整个工作范围。在新产品开发设计阶段，实验研究需要制作较多的样机，因而周期长、成本高。计算机仿真能有效地解决液压系统的非线性问题，科学、直观地预测系统特性，同时结构参数对性能的影响能被直观地反映出来。但其结果是否真实可靠，还需要少量实验验证。要实现电液比例三通溢流型减压阀^{[ 3]}的优良性能：输出- 输入线性;在各种干扰下，输出保持等值;在负载流量为零时，工作可靠;控制功耗小;响应速度快等。先导液桥的设计是关键，本文以数值分析为主，结合实验验证的方法分析设计先导液桥。

　　2设计方法简介

　　液压系统仿真就是应用数值分析方法求解由连续方程、力平衡方程、流量方程和动量方程等组成的非线性方程组^[4]。仿真中，流量系数随雷诺数关系按式(1)简化处理^[5]。在编程中注意处理好阀芯位移与压力的10个数量级差的问题，否则迭代运算不能正常进行^{[ 6~7 ]}，算法采用Newton-Raphson，Runge-Kutta-Fehlberg。仿真结果与实验结果比较，全程范围内两者仅差4%^[8~9]，说明本仿真完全可用于该阀的设计。

　　式中符号意义如下：Cd为流量系数;Cd_max为最大流量系数; Re为雷诺数; Re_c为临界雷诺数; K为流量系数与的斜率。

　　3先导阀参数设计

　　3.1 先导阀孔数

　　为了实现在负载流量几乎为零时，对其负载出口腔压力p_a的精确控制，先导阀采用双可变(圆孔)弓形节流口A型液阻半桥。由液阻网络分析可知，A型液阻半桥的零位压力增益K_p和流量增益K_q均为B型半桥的两倍，因而A型半桥的应用提高了先导控制的增益，从而提高了压力控制的快速性^[10]。为了消除先导阀芯径向液动力的影响^[11]，先导阀孔数N_y应取偶数。孔数N_y多，每孔流量则小，雷诺数相应也小，可能出现层流，使流量系数产生变化。因此，先导阀孔数N_y取2。

　　3.2确定先导阀芯与孔的初始位置

　　为了保证在负载流量几乎为零时，先导阀采用双可变(圆孔)弓形节流口A型液阻半桥能可靠响应，双可变(圆孔)弓形节流口应处于常开状态，本设计采取先导阀芯与孔中心对称装配。

　　3.3确定先导阀孔直径