流量限制装置抗冲击特性建模与仿真分析

　　0 前言

　　流量限制装置是一种超流量自动切断装置， 用在重大液压设备如舰船上，起安全保护作用。 流量限制装置的主阀连接在重大装置主液压管路上， 其基本工作原理为当系统流量达到设定的关断流量值时， 流量限制装置自动切断液压油路， 对工作人员及重大装置起安全保护作用。 本流量限制装置采用先导阀来感知流量变化，并用阻尼孔来改善其关断特性，其工作稳定性及关断流量调整范围都较高。 流量限制装置的切断作用还有液压操纵和手动操纵功能， 来进一步确保其在特殊情况下的安全保护性能。 与流量限制装置主阀作用相同的阀类为限速切断阀， 国外将限速切断阀广泛应用于液压电梯、起重机、挖掘机等液压机械执行器的限速或管道失压保护上， 较典型应用为直接与举升液压防坠缸相连作为防坠落安全阀[1]；如德国 Blain 液压电梯公司研制有 R10 型限速切断阀[2]；瑞士 Beringer 公司生产有液压电梯专用限速切断阀 RSG 系列等[3]。浙江大学也成功开发并已实际应用在液压电梯上的限速切断阀[4]。

　　流量限制装置主要用在舰船上， 舰船及机电设备的抗冲击能力是舰船生命力和战斗力的重要组成部分，也是衡量舰船战术技术性能非常重要的指标[5、6]。 众多的海上战例及实船爆炸试验结果表明， 舰艇在水下爆炸环境中所显示的突出薄弱环节， 是众多重要设备及装置的抗冲击性能过差[7]。 更鉴于流量限制装置在异常情况下对重大装置及人员起安全保护作用的特殊性， 故对其特殊工作状态下的工作稳定性需进行必要的分析研究。 对流量限制装置来说，冲击是引起其误动作的最要的影响因素之一， 故本文就本装置主阀的抗冲击特性进行建模和仿真分析， 以求对本装置及同类阀件的性能改进， 对同类阀件抗冲击特性研究有一定的参考价值。

　　1 动态仿真分析

　　对该装置主阀的建模仿真过程分两步， 一是分析无冲击既定流量参数下流量限制装置的动态特性，初步检验所建模型在无冲击下的工作稳定情况， 为下一步冲击作用下的仿真做准备； 二是观察分别对先导阀和主切断阀芯关断方向上加以船用冲击指标下的冲击加速度，观察其位移、流量、压力等变化情况，来检验流量限制装置在冲击作用下的工作 稳定性， 仿真结果对该装置及同类阀件的性能分析及改进提供一定的依据。

　　1.1仿真系统说明

　　如图 1 所示，P1 腔与 P2 腔之间通过一个毕托管相连， 根据毕托管特性及伯努利方程推导可知，P2 与 P1之差随着液体流速提高而变大,当主流道的油液流速超过设定值时，P2 腔便推动比较阀芯动作，当比较阀芯位移达到一定值后，打开 P2 腔与 P4 腔的通道，油液再经状态切换阀、阻尼孔后流入主阀芯弹簧腔。 阻尼孔串在P2 腔与 P4 腔之间，通过改变阻尼孔直径大小可以相应改变主阀芯关断时的运动特性。 冲击过程为分别对 X方向施以 a02、Y 方向施以 a01的冲击加速度，a01、a02均符合船用指标。