阀控偶合器控制阀组动态特性仿真分析及试验研究

　　1 前言

　　液力偶合器以其优越的软启动特性，以及过载保护、隔离振动等优点在许多工业领域中得到了广泛的应用。阀控充液式偶合器采用清水作为工作液[1]，其充液量，充排液过程可以按照运行要求由低压大流量先导式电磁阀组进行控制，达到可控调速和限制温升的目的，特别适合煤矿井下大功率刮板输送机运行工作状态。电磁阀组的响应性，通流能力，耐污性对阀控偶合器的调控性能及可靠运行有着直接影响，是阀控偶合器的核心部件之一。响应特性是阀控充液式偶合器对电磁阀组的基本要求之一。本文介绍了一种纯水先导式电磁阀的结构原理，利用AMESim 软件建立控制阀组的仿真模型，并对所设计的控制阀组进行了基本动态性能试验[2，3]。

　　2 偶合器控制阀组工作原理

　　阀控偶合器液压控制系统原理如图1 所示。二位二通电磁先导阀3 控制充液阀2，电磁阀 3 为先导级，充液阀2 为主阀，由于主阀中集成有固定阻尼孔，当电磁阀3 开启时，充液阀上下腔形成压力差，主阀会在压差力的作用下打开，这时偶合器就会进行充液。二位二通电磁先导阀5、6 作为先导级可以控制截止阀 4 和排液阀7 的通断，其原理和充液阀2 相同，也是靠主阀上下腔之间形成压力差，来推动主阀芯动作。截止阀主要为控制偶合器循环回路的通断，排液阀控制偶合器内液体是否排出，正常工作时，这两个阀在先导阀5、6 的作用下只有一个会开。液力偶合器7 为液力传动机构，其内部装有压力传感器12，其作用为监控偶合器腔体内是否充满，作为电液阀组通断控制的信号。在液力偶合器出口装有监控水温的温度传感器，其信号可用来作为控制电液阀组通断的另一路信号。

　　3 阀组仿真分析

　　3. 1 仿真模型建立

　　在AMESim 软件中构建阀组模型时，设置的参数要与物理模型一致。主阀由弹簧和平板阀芯两大元件组成。建立阀组仿真模型如图2 所示，包括充液阀1、截止阀2 和排液阀3，其中充液阀和截止阀有共同的出液口，排出的液体进入偶合器; 截止阀和排液阀有相同的进液口，液压源相同，并且只能其中一个打开另一个关闭，由电控系统控制。

　　仿真系统主要参数如下:

　　泵流量: 250 L/min; 溢流阀调节压力: 0. 4 ～ 1. 6MPa; 先导阀开口面积: 7mm2; 主要管路、流道孔径:40 mm。

　　3. 2 仿真结果分析

　　为了模拟主阀芯在不同压力下的响应特性，设置仿真模型中系统压力分别为0. 4 MPa、0. 7 MPa、1. 0MPa、1. 3 MPa、1. 6 MPa。仿真时设置阀芯开1 s，关1 s。仿真结果如图3 所示，可以看出随着系统压力的升高，主阀芯响应性有加快的趋势，原因是系统压力越高，阻尼孔产生的阻尼效果越明显，主阀芯上下腔压差越大，主阀芯运动越快，因而阀的响应性越快。只要阀在低压时可以满足响应性能要求，则在高压时也可以满足。根据仿真结果，在试验中选用的系统压力为0. 4 MPa。