一种溢流阀特性分析

　　溢流阀在车用液压系统中应用非常普遍,通常作为定压阀使用,其功能是使系统中多余流体溢出,从而维持其进口压力近似于恒定·本文介绍了某车辆用溢流阀的结构和工作原理,并利用AMESim软件对其动态特性进行了仿真分析,确定了结构参数对性能的影响·

　　1　溢流阀结构和工作原理

　　图1为一种车用压力控制阀结构原理图·该阀主要有阀套1、大阀芯2、小阀芯3、弹簧4和卡环5组成·大阀芯右端与进油腔相通·阀套侧壁左端和右端的油道分别与回油接通·通过大阀芯上的节流孔,由大阀芯、小阀芯组成的油腔A与进油相通·当进油腔充满油液后,进油腔的油液由于压力作用通过节流孔进入油腔A,同时,大阀芯在进油腔压力和油腔A压力及弹簧力的共同作用下,大阀芯向左移动,并达到平衡·随着进油腔压力的增加,大阀芯继续向左移动,将进油腔与回油腔接通卸油·通过控制泄油量控制进油口油压·当大阀芯移动至最大后若进油腔流量继续增加,溢流阀表现节流孔特性,进油腔随泄油量增加而增加·

　　2　建立数学模型[1]

　　建立模型之前需作几种假设,本文假定:①忽略油液的可压缩性及油道泄漏的影响·②忽略阀芯所受的摩擦力·根据溢流阀工作原理及结构图,溢流阀工作过程主要由溢流阀工作特性和节流阀工作特性两个阶段组成·

　　(1)溢流阀工作特性阶段

　　①静态特性

　　其中　P为进油口压力; As为作用面积, As=π(d12-d22)/4; d1、d2为大、小阀芯直径; x0为弹簧初始压缩量; k为弹簧刚度; x1为阀口临界开启时大阀芯运动位移; xv为阀口开度; Fs为稳态液动力·

　　②动态特性

　　大阀芯运动方程:

　　其中　m为大阀芯质量; x·、x¨为速度、加速度; Ft为瞬态液动力·

　　溢流流量

　　其中　Cd为流量系数; A为孔口面积, A=πd1xv;ρ为流体密度·

　　(2)节流阀工作特性阶段

　　溢流阀开口达到最大,大阀芯停止运动·流量与压力关系为:

　　此时,压力—流量特性表现为双曲线·

　　综上所述,溢流阀理论压力—流量曲线(如图2)由溢流阀工作特性阶段(QrQm)组成

　　3　仿真分析[2][3]

　　在AMESim环境下建立仿真模型(如图3所示),并设定相关参数·

　　采用节流孔为1·0,弹簧刚度9·9×103N/m,作用面积(S1-S2)470mm2进行仿真·图4、图5分别为溢流阀流量—压力特性及瞬态响应特性仿真结果·通过对溢流阀进行分析,影响动态特性的因素主要有以下几个:大阀芯的作用面积、大阀芯质量、开口度Xv、弹簧预压力及刚度等·图6~图10分别为以上因素对溢流阀特性影响的仿真结果·