高压卸荷溢流水阀的动态仿真及性能分析

　　引 言

　　卸荷溢流阀通常用于带蓄能器的液压系统或高低压组合泵液压系统, 使得系统工作在溢流状态或卸荷状态。它的优点是利用系统压力直接控制,减少了控制信号, 保证系统工作可靠有效[1]。现有一高水压清洗设备, 采用一个高压力大流量定量泵,向两支高压冲洗水枪供液。工作要求有: 一是使用高压纯水介质; 二是当一支水枪关闭时, 多余的液体可由阀排出, 系统以一个稳定的压力向另一支水枪供液, 即系统处于溢流工况; 三是当两支水枪都关闭时, 应使液压泵卸荷, 即系统处于卸荷工况。因此, 该系统使用一只高压卸荷溢流水阀。但是现有的高压卸荷溢流水阀, 在溢流时工作稳定性很差,达不到设计要求。因此, 本文对所开发的一种高压卸荷溢流水阀进行建模与仿真分析, 依据仿真结果对阀的结构进行改进。即在主阀芯和先导阀芯上采用了三级节流结构, 起到减缓压力冲击的作用。仿真结果表明, 改进后的高压卸荷溢流水阀的性能明显提高。

　　1 阀的结构与工作原理

　　所研究的高压卸荷溢流水阀的结构原理图, 如图 1 所示。该阀由单向阀 1、主阀 2 和先导阀 3 三部分组成。它的溢流功能由先导阀和主阀实现, 卸荷功能由单向阀、先导阀中的顶杆 4 和主阀实现。工作时, 进液口上压力为 p_S的液体分为两个支路, 一路推开单向阀芯到达工作面, 压力为 p₁, 压力为 p1的液体又有一个旁路通过小孔 a 来到先导阀顶杆 4的下腔; 另一路通过主阀芯上的阻尼孔 c 进入主阀芯的后腔, 压力为 p_2c, 又通过小孔 b 到达先导阀芯3 前端等待溢流, 同时作用在顶杆 4 的上端。

　　具体动作情况为: 当压力 p2c小于先导阀的调定压力时, 作用在先导阀芯前端的液体还不足以推开先导阀的阀芯, 在阻尼孔中无液体流动, 主阀芯的上下压力相同, 被弹簧顶在阀座上, 液体全部通过单向阀来到工作面; 当压力 p1上升到先导阀调定压力时, 顶杆在力的作用下上移, 先导阀开口量增大, 这时阻尼孔 c 中的液体流动阻尼作用增强, 主阀口打开, 多余液体通过主阀口溢流出去, 此时, 负荷继续用液, 通过单向阀有液体流动, 单向阀不会关闭, 系统压力等于先导阀的调定压力, 负载在此压力作用下继续工作, 这就起到了定压溢流作用; 当工作面停止作业, 压力 p₁骤然上升后, 顶杆上移, 先导阀口完全开启, 主阀后端压力 p_2c迅速下降, 主阀芯上移后使阀卸荷, p_S迅速下降, 单向阀后腔仍维持高压, 顶杆也继续维持先导阀芯的开度, 使主阀持续卸荷; 当工作面重新工作时, 单向阀后腔液体流动, 压力 p₁下降, 顶杆下移, 先导阀芯开口关闭,主阀阀芯也在弹簧力的作用下关闭而使主阀恢复到初始状态。