插装阀组集成控制液压系统瞬时失效机理解析

　　二通插装阀(以下简称插装阀)是一种新型的液压元件,它以二通型单向元件为主体,采用先导控制和插装式连接,具有组合方式灵活、易于集成控制的特点,特别适用于高压大流量的场合.近年来插装阀在注塑机、船闸、钻井平台、工程机械等设备的液压系统中得到了广泛应用[1].然而,在上述装备中同时使用多个插装阀时,可能会出现液压系统的瞬时失效问题,这对设备的操作安全、产品的质量控制等具有不可忽视的影响,是工程实际中亟待解决的一大难题.

　　为了分析液压系统的瞬时失效的原因,研究人员普遍采用动力学的方法分析阀芯受力,确定插装阀的启闭状态^[2-5].但这类研究大多数局限于单个插装阀,很少涉及到由多个插装阀组成的插装阀组集成控制液压系统.

　　为研究插装阀组集成控制液压系统瞬时失效机理,本文在论述插装阀及其逻辑状态的基础上,提出了基于流体逻辑理论的插装阀组启闭状态组合的解析方法,并利用该方法对插装阀组瞬时失效机理进行了解析.建立了混凝土泵液压系统的数字化模型并进行仿真分析,得出插装阀组集成控制液压系统瞬时失效的原因,并提出了相应的改进措施.

　　1 插装阀及其逻辑状态

　　图1所示的插装阀由阀芯、阀套、弹簧和密封件等4部分组成,A,B为工作腔,C为控制腔,3个腔的有效作用面积分别为A_A,A_B,A_C,且有

　　定义插装阀面积比为α_A,则

　　在实际工程问题中,常常忽略阀芯所受弹簧力、稳态液动力、瞬态液动力、重力、阀芯阀套之间的粘性摩擦力,阀芯所受向上的合力可表述为

　　式中:p_A,p_B,p_C分别为插装阀A,B,C腔的压力.

　　∑_F >0,表示插装阀开启,记其逻辑状态为1;

　　∑_F<0,表示插装阀关闭,记其逻辑状态为0.可见在面积比一定的情况下,插装阀的逻辑状态主要取决于阀芯的受力情况,即p_A,p_B,p_C直接决定插装阀的逻辑状态.

　　2 插装阀组启闭逻辑状态组合的分析方法

　　运用逻辑设计的方法,用插装阀取代部分电磁阀,可以组成具有多种逻辑功能的集成控制液压系统[6].插装阀的工作原理表明,插装阀逻辑状态取决于阀芯3个腔的压力.液压系统工作时,负载的变化会造成阀芯3个腔压力的变化,进而会引起插装阀的启闭状态的改变.当液压系统中插装阀个数比较多时,不同插装阀的容腔短暂串通,油液流向发生改变,液压系统不能稳定工作,这就是所谓的瞬时失效现象.