阀口动压反馈直动式溢流阀动态特性的仿真分析

　　0　引言

　　普通直动式溢流阀是液压系统中广为应用的一种压力控制阀,它的作用是通过阀口的溢流,使被控系统和回路的压力保持恒定,防止系统过载;使系统产生背压,从而实现调压、控压、限压的目的。从理论上讲,先导式溢流阀比直动式溢流阀有更好的静态和动态性能。但由于其结构复杂导致其可靠性差(特别是环境恶劣场合),有可能抵消其性能优势。通过对普通直动式溢流阀进行适当的改进,不仅可以发挥其结构简单、可靠性好的优点,同样可以获得好的性能。为了改善普通直动式溢流阀调压偏差较大的不足,本文作者研制了一种带有动压反馈装置的直动式溢流阀,即阀口动压反馈直动式溢流阀。

　　1　阀口动压反馈直动式溢流阀的结构特点

　　图1为阀口动压反馈直动式溢流阀的原理简图,其结构特点如下。

　　1·1　修改阀座结构,形成具有阀座面的阀口

　　目前,溢流阀的阀座多数为无阀座面或阀座面倒角长度很小的结构,因此在阀口处不能形成有效的压力梯度分布。本设计中所采用的是具有阀座面的阀口,阀口的压力分布呈现明显的规律分布,便于在反馈腔产生适当的液压力,来调节阀口的开启程度,如图1所示。

　　1·2　对普通阀芯进行结构创新,设计出反馈腔

　　在普通直动式溢流阀阀芯上增加一反馈腔和小阻尼孔,如图1所示。当阀口溢流时,阀口的液压力与反馈腔液压力和弹簧力相平衡,从而可以减小弹簧的刚度,等于设计了一根液压弹簧,使其和机械弹簧一起使用,以达到减小阀口开启距离的目的。

　　2　阀口动压反馈直动式溢流阀数学模型的建立

　　为了分析阀口动压反馈直动式溢流阀的工作可靠性和工作稳定性,对其进行动态分析。此时,将溢流阀看作一个动态系统,其输出信号是被控压力p′,输入信号(干扰信号)是进入阀的流量Q′,所求的是输出信号对干扰信号的传递函数,其根据是阀的流量方程、反馈腔流量方程、阀芯力平衡方程和阀口压力分布方程。

　　根据动压反馈直动式溢流阀的原理简图可列出下列基本方程。

　　2·1　阀口的流量方程

　　通过阀口的流量:

　　式中:Q′为通过阀口的流量, m3/s;

　　p′为系统的工作油压压力, MPa;

　　x′为阀口的开度, m;

　　Dm为阀口的平均直径, m。

　　2·2　反馈腔的流量方程

　　由于在阀芯上有阻尼孔,当液压油流经阀口时,将会有一部分液压油通过阻尼孔进入反馈腔(或称为活塞腔),而通过阻尼孔的流量应等于反馈腔的流量。