具有液阻和液容的双级溢流阀特性分析

　　0 概述

　　溢流阀是液压系统中调节压力的关键元件， 用于控制系统的工作压力。 其结构主要有直动式、先导式等多种结构形式。 1936 年，Vickers 设计先导式溢流阀以来，国内外学者如日本学者林叡等研究了各种溢流阀结构中的压力控制腔、压力感受腔、入口固定节流器、连接管路和容腔等对溢流阀动态特性和稳定性的影响[1-3]。 通常，溢流阀的流量增加控制压力也随之增加，在一定的流量变化范围内，压力也存在一定的变化范围。 一般要求在一定的流量变化范围内，溢流阀控制压力的变化范围尽量小，即调压偏差小。 本文分析了具有液阻和液容的双级溢流阀的诸特性及其影响因素，为新型溢流阀的开发和制造提供理论基础。

　　1 具有压力感受腔的溢流阀工作原理

　　大多数液压控制阀通过改变阀口的过流面积实现对系统压力或流量的控制， 这种过流面积可以等价于电路的液阻[3]。 液阻可以分为固定液阻、可调液阻和可控液阻。 如图 1 所示为具有液阻和液容的某双级溢流阀示意图。

　　该阀由主阀和先导阀组成， 先导阀具有 3 个串联液阻，即固定液阻 R1、先导锥阀口可变液阻 R2和先导阀腔内的液阻 R3。 随着溢流阀进口压力 p1升高，先导阀的压力 p2也随之升高。 当压力 p2大于先导弹簧调定压力时，先导阀阀口打开。 先导回路流量增加，阻尼孔R1上的压降增大，主阀在压差(p1-p2)作用下克服主阀弹簧力打开主阀口，实现溢流和压力控制。 压力感受腔V2和 V3起动态调节作用， 压力控制腔 V1决定阀的开启时间。

　　2 数学模型

　　为了简化分析，作如下假设：忽略阀芯自重;忽略阀芯运动的摩擦力影响。 则该双级溢流阀特性可用以下方程式表示。

　　(1) 主阀芯和先导阀阀芯的运动微分方程为：

　　式中 p1，p2，p3，p4———主阀前后腔、先导阀前后腔的压力，单位为 Pa;

　　A₁，A₂———主阀下端和上端的有效作用面积，单位为 m²;A3，A4———先导阀左端和中端的有效面积， 单位为 m²;

　　m₁，m₂———主阀和先导阀阀芯质量，单位为 Kg;

　　k₁，k₂———主阀和先导阀弹簧刚度，单位为 N/m;

　　F_t1，F_t2———作用在主阀芯和先导阀芯上的稳态液动力;

　　C———锥阀阀口流量系数;

　　F₁，F₂———作用在主阀和先导阀阀芯上的预压缩力;