一种减压式先导阀结构参数分析

　　0　引言

　　在行走机械或高压、大流量液压操纵机械上,为了提高机器的操纵性能、减轻操纵者的劳动强度,主功率元件普遍采用先导控制。本文介绍一种手动减压式先导阀的工作原理,建立了该阀的动态数学模型,对影响阀性能的关键结构参数进行了分析。

　　1　结构原理

　　该减压式先导阀结构原理图如图1所示,它主要由阀体、阀芯、复位弹簧、调压弹簧、弹簧座、顶杆、顶杆套等零件组成。阀芯为二阶同心结构,其底腔通过中空油 道、阻尼孔与阀芯弹簧腔也即回油相通,阻尼孔可调节阀芯动态过程,阀芯的上凸肩直径大于下凸肩直径,二者面积差形成压力反馈环形承压面,为减小液压冲击, 提高操纵的平稳性,在阀芯凸肩上开有节流槽,阀口为非全周开口。常态时,阀芯上凸肩节流槽常开,下凸肩节流槽常闭,被控腔与回油相通,压力为零;当人操作 手柄推压顶杆7时,顶杆克服复位弹簧力推压弹簧座5、阀芯4向下,使阀芯上凸肩节流槽关闭,下凸肩节流槽打开,被控腔与进油相通,被控腔压力上升,同时该 压力作用在阀芯的环形承压面上克服调压弹簧力,使阀芯上移,阀口逐渐关小,直至作用在阀芯上的液压力与调压弹簧力相平衡为止,从而构成阀芯下移位移量与被 控腔压力成比例关系;当作用在顶杆上的外力撤去时,阀芯在液压力和复位弹簧力作用下上移复位,阀芯上凸肩节流槽开启,被控腔与回油沟通,油液释压为零。

　　2　数学模型的建立及分析

　　由阀的工作原理,设阀向下运动为正方向,系统供油为理想恒压源即ps=c,忽略作用在阀芯上的摩擦力、液动力则可列写出基本方程式如下:

　　阀芯的受力平衡方程式:

　　阀口流量公式:

　　q_V=K_qx-Kcp (2)

　　控制腔流量连续性方程:

　　控制腔泄漏流量:

　　q_L=C_epp 　　(4)

　　式中m为阀芯质量;B为阀的总阻尼系数;K为调压弹簧刚度;fs为阀口开度为零时,作用在顶杆上的外力;x为阀芯向下位移也即阀口开度;p为被控腔的压 力;ΔA为阀芯环形承压面面积;Kq为阀的流量系数;Kc为阀的流量压力系数;V0为控制腔初始容积;βe为油液体积弹性模量;Cep为泄漏系数。

　　对式(1)、(2)、(3)、(4)进行拉氏变换并联立可推出:

　　由式(5)、(6)可画出阀的传递函数方块图如图2所示。

　　2. 1　静态特性分析

　　由传递函数方块图,令s=0可导出阀的静态特性方程如下:

　　由式(7)可见,被控压力与外操纵力、阀芯环形承压面积、调压弹簧刚度、阀口流量系数、流量压力系数和泄漏系数有关。若Kq>>K(Kc+Cep),则静态特性方程可简化为: