基于AMESim的液压同步阀仿真分析及结构改进研究

　　近几十年,随着航空航天技术和现代机械制造业的进步,越来越多的行业,对同步驱动技术的需求日益增加。现在液压同步控制技术已经大量应用于大型结构件的加载装置。而国内目前生产的同步阀,存在体积较大的缺点,基于以上现状,本文应用AMESim仿真软件建立同步阀模型,对同步阀的主要性能指标进行分析。应用优化设计确定结构改进方案,仿真结果表明:改进后的同步阀,体积轻巧,性能稳定。

　　1　液压同步阀的基本原理与建模

　　1. 1　换向活塞式同步阀的工作原理

　　同步阀的工作原理可简单概括为压力负反馈原理。即当负载压力发生变化的时候,换向活塞会根据情况做出相应的动作,通过改变变节流口的大小从满足要求。同步阀有两种工作状态,分别是分流工况和集流工况,下面以分流工况为例做简单介绍。

　　当同步阀处于分流工况时如图1所示,A、B口为出口。图中a腔、b腔油室分别与左端、右端弹簧腔相通。由对中弹簧保证阀芯处于中间位置,压力油由P口流入,流经固定节流口分别流向a、b两腔,当A、B两端压力相等时阀芯处于中间位置,当外负载不相同时,若A口的压力增加,在阀芯未动作,两支路总液阻相等时,引起a腔的压力瞬时增加,这样(p0-p3)<(p0-p4),就导致输出流量q1<q2。此时a、b两腔的压力被分别反馈到左右两个弹簧腔中,形成p1、p2两个大小不同的压力。由于p1<p2,则阀芯向左移动,左边可变节流口的开口度变大,液阻减小,右边可变节流口开口度减小,液阻增大,于是q1增加, q2减少,直至q1=q2,p1=p2,阀芯重新受力平衡,两个执行元件的运动速度同步。固定节流孔起到检测流量作用,它将流量信号转化成压力信号反馈给左右弹簧腔。而可变节流口则起到压力补偿作用。其过流面积的大小受p1、p2反馈作用控制。集流工况与分流工况原理相似,只是出口与入口刚好相反。

　　1. 2　同步阀建模

　　如图2所示为同步阀原理简化图,由于分流工况与集流工况仅仅是输入与输出的方向相反,在此只介绍分流工况的模型建立。利用AMESim的HCD(液压元件设计)模块,我们可以得到同步阀的模型,如图3所示。

　　1. 3　参数设置

　　主要参数见表1与表2。

　　表中:dx1、dx2为阀芯左、右两侧等效直径;da、db为左、右弹簧座直径;d11、d12为左、右固定节流孔直径;d21、d22为左、右可变节流孔直径;V1为入口容积;V2为P口容积;V3为左腔容积;V4为右腔容积;V5为左弹簧腔容积;V6为右弹簧腔容积;V7为A口容积;V8为B口容积;k为弹簧刚度系数;dx为阀芯等效直径; s(x1)为左可变节流口随阀芯位移变化公式,其表达式见: