基于数值分析的溢流型减压先导阀参数设计

　　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、实验研究三种[1, 2]。由于液压系统的非线性因素,常常需进行线性化及简化,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。

　　电液比例三通溢流型减压阀结构原理如图1所示。其工作原理如下:当调定放大器输入电压后,比例电磁铁输出电磁力FM,此时阀输出压力pA有一个相应值。若因某种干扰使出口压力降低,将引起先导阀心向左移动,左边可变节流口增大,右边可变节流口减少,先导阀腔压力pX及主阀上腔压力p′X上升,在pX上升,pA下降的共同作用下,主阀心向下运动,主阀可变节流口开大,致使pA上升,这样就能使输出压力pA保持在调定值。当输出压力pA增大超过调定值时(如pA用于动力负载时),先导阀心向右移动,先导阀左边可变节流口变小,右边可变节流口开大,致使先导阀腔压力pX及主阀上腔压力p′X下降,主阀心上移,使进油口B与出油口T相通,此时就相当于溢流阀^[3] 。

　　要实现该阀的优良性能: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,本文以数值分析为基础设计先导液桥。

　　1　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。仿真中,流量系数随雷诺数关系按式(1)简化处理。在编程中注意处理好阀心位移与压力的10个数量级差的问题,否则迭代运算不能正常进行[4,5],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%[6],说明使用该仿真完全可用于该阀的设计。

　　Cd—流量系数;Cdmax—最大流量系数;Re—雷诺数;Rec—临界雷诺数; k—流量系数与间的斜率。

　　2　先导阀参数设计

　　2. 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pA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Kp和流量增益Kq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[7]。为了消除先导阀心径向液动力的影响[8],先导阀孔数Ny应取偶数。孔数Ny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Ny取2。

　　2. 2　确定先导阀心与孔初始位置

　　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n态,本设计采取先导阀心与孔中心对称装配。