基于AMESim的螺纹插装式平衡阀动态特性的分析

　　前言

　　液压平衡回路应用广泛，其性能直接影响着液压起重机、液压举升设备等的工作性能和安全可靠性。平衡回路工作过程中均有三种运动状态，即举重上升、承载静止、负重下行，在负重下行时系统易出现“低频抖动”等振动现象，严重影响工程机械的工作性能以及安全性^[1]。平衡阀是平衡回路中的核心控制元件，其性能直接决定了平衡回路的动态性能，因此揭示平衡阀的结构及其参数对液压平衡回路的影响，对于平衡阀及平衡回路设计具有重要的意义。近年来，螺纹插装式平衡阀以其结构紧凑、安装连接方便等优点^[2]，逐渐被广泛应用于工程机械液压平衡回路中。

　　本文基于AMEsim 仿真环境，建立了螺纹插装式平衡阀及平衡回路的仿真模型，研究了平衡阀的主要结构参数以及负载变化对运行速度的影响。

　　1 螺纹插装式平衡阀的结构及工作原理

　　螺纹插装式平衡阀结构如图1a 所示，主要由阀杆1、阀芯2、阀套3、复位弹簧4、调压弹簧6 和密封等组成，阀杆1 的锥面与阀芯2 的端部之间形成锥形的阀口。平衡阀上有主油口①、②和控制油口③，在平衡回路中分别连接液压缸、换向阀和控制油路，油路连接如图1b 所示。

　　当液流从②至①时，由于复位弹簧力很小，在较小压力差作用下，阀杆即处于最下端位置，阀口大开，为单向阀的正向自由流动工况。

　　当液流从①至②时，单向阀截止，阀口关闭，油口①的压力达到一定值时，阀杆1 和阀芯2 一起克服调压弹簧的预紧力向上运动，使得阀杆2 的上端面顶住弹簧座5 的下端面; 当控制油口③的压力达到调压弹簧6 的弹簧力和阀芯2 的环形面积所确定的控制压力时，阀芯2 克服调压弹簧力向上运动，阀口开启，实现了从①至②的节流流动。平衡阀阀口开启所需的控制压力完全由调压弹簧6 的弹簧力和阀芯2 环形面积所决定。

　　此平衡阀还具有安全阀的功能。当无控制压力，而油口①的压力超过设定压力时( 如热膨胀、外力等原因造成) ，由于阀芯2 的下端面具有很小的承压面积，因此阀芯2 在油压作用下可以克服调压弹簧力的作用，开启阀口而溢流( ①→②) ，以避免液压执行器由于过压损坏^[3]。

　　2 仿真模型的建立

　　典型的平衡回路系统如图2 所示，包括液压泵、换向阀、平衡阀及液压缸等。

　　根据螺纹插装式平衡阀的结构图和平衡回路系统图，通过AMESim 中的机械、控制、液压应用库、HCD中等液压元件模型块作为构建的基础^[4]，建立了带有螺纹插装式平衡阀的平衡回路的AMESim 仿真模型，如图3 所示。基于本仿真模型，分析和研究平衡阀主要结构参数和系统参数对平衡阀及系统的动态特性的影响。