电反馈2D数字溢流阀的模型与实验研究

　　随着计算机技术在流体控制系统中的大量应用,流体控制元件的数字化成为一种必然趋势,溢流阀作为液压系统的一种重要组件也经历了从比例阀到数字阀的转变。近年来,电液直接控制技术有了长足发展,数字溢流阀的性能也随之大大提高。作者介绍一种电反馈2D数字溢流阀的工作原理,并建立其进行数学模型,最后对该2D溢流阀进行实验研究。

　　1 电反馈2D数字溢流阀的结构和工作原理

　　图1是电反馈2D数字溢流阀的结构图。该阀主要由调压螺旋机构1、阀芯6、阀体7、阀套2、步进电机4、齿轮副5和直接安装在阀体上的压力传感器3组成。

　　调压螺旋机构1可以将阀芯6的旋转运动转化为直线运动,从而调节阀口开度,达到调压的目的。其角位移由步进电机4控制,并经由齿轮副5传递到阀芯6。2D溢流阀和压力传感器一体化设计使得该溢流阀结构更加紧凑,并且符合标准的阀板接口。

　　图2是调压螺旋机构的示意图。该机构是在溢流阀阀套的左端开有一条螺旋槽,在阀芯上开有轴对称的高、低压孔,高压孔通过阀芯内部沟道与溢流阀右端的高压腔相通,高压腔和液压系统的旁路相连接,低压孔通过阀芯内部沟道和回油腔相通。在稳定工作时,高低压孔分布于螺旋槽的两侧。当步进电机驱动阀芯转动时,可以假定高压孔与螺旋槽的重叠面积减小,而低压孔与螺旋槽的重叠面积增大,从而使得通过低压孔的溢流量增大,敏感腔的压力将变小,此时阀芯所受向左的力大于向右的力。因此,阀芯将向左运动,主阀口溢流量增大,从而系统压力变小。同时由于阀芯的向左运动使得高压孔与螺旋槽的重叠面积增大,这将使得敏感腔的压力升高,直到阀芯两端的液压推力相等,从而达到一个新的稳定工作状态。

　　这里加入一个系统压力的电反馈机能,在给定压力设定值ps后,通过压力传感器测到的压力为p,当p>ps,则步进电机驱动阀芯转动,使得高压口和螺旋槽的重叠面积减少,从而使得敏感腔的压力下降,则在高压腔内高压油液推力的作用下,使阀芯向左运动,促使溢流口的开度减少,高压腔内的压力下降,最终实现p接近于ps。

　　当p<ps,也可以控制步进电机驱动阀芯转动,从而实现调整p的目的。

　　2 电反馈2D数字溢流阀的数学模型

　　这里假定研究的油液是理想液体,忽略由于油液的不稳定流动所产生的液压冲击力。

　　(1)敏感腔流量连续性方程

　　式中:S₁为两倍螺旋槽与高压孔的重叠面积;

　　S₂为两倍螺旋槽与低压孔的重叠面积;

　　Q_l1为高压孔和敏感腔间的泄漏量;