影响电液比例溢流型三通减压阀输出压力因素的数值分析

　　0 前言

　　压力控制阀的输出量与控制量显线性关系是理想的追求,由于存在液动力、弹簧力、液压力等干扰影响,目前,在解决输出量与控制量全程范围内显线性关系问题方面,定性分析对抑制干扰影响收效甚微。本文应用TK Solver数值分析非线性电液比例溢流型三通减压阀的输出量受控制量和干扰量的影响,定量分析该阀控制量(调节电流或电压)、干扰量(先导阀芯及主阀芯所受液动力、先导阀芯及主阀芯弹簧力等)对输出量的影响程度,通过调节初始参数和优化结构参数有效抑制了干扰影响,使输出量与控制量的线性关系较为理想。

　　1 电液比例溢流型三通减压阀简介

　　应用出口压力直接检测反馈和级间动压反馈原理研制开发的电液比例溢流型三通减压阀[1]的结构原理如图1所示。其工作原理如下:当调定放大器输入电压后,比例电磁铁输出电磁力F_M,此时阀输出压力p_A有一个相应值,若因某种干扰使出口压力降低将引起先导阀芯向左移动,左边可变节流口增大,右边可变节流口减少,先导阀腔压力px及主阀上腔压力pcx上升,在px上升和pA下降的共同作用下,主阀芯向下运动,主阀可变节流口开大,致使p_A上升,这样就使输出压力p_A保持在调定值。当输出压力p_A增大超过调定值时(如p_A用于动力负载时),先导阀芯向右移动,先导阀左边可变节流口变小,右边可变节流口开大,致使先导阀腔压力px及主阀上腔压力pcx下降,主阀芯上移,使进油口B与出油口T相通,此时就相当于溢流阀。

　　2 数学模型与仿真

　　建立力平衡方程、连续方程、动量方程、流量)压力方程组采用Newton-Raphson算法迭代求解。为了提高仿真精度,需要考虑流量系数随雷诺数的变化[2]。

　　弓形节流口面积函数

　　圆拱形节流口湿周长函数

　　雷诺数

　　Re=4Q /(C_Xυ)

　　流量系数方程

　　为了避免电磁力F_M与输入电压关系的影响,分析中用电磁力作为输入信号。算法流程如图2所示。

　　图2及式中:Af、Ay1、Ay分别为先导阀反馈推杆面积、先导阀芯左端面积、先导阀芯右端面积; y、x分别为先导阀芯位移、主阀芯位移; Yv、Xv分别为先导阀弹簧预压缩量、主阀弹簧预压缩量; Cfy、Cfx分别为先导阀弹簧刚度、主阀弹簧刚度; F_M为比例电磁铁输出电磁力; Fky、Fkx分别为先导阀芯所受弹性力、主阀芯所受弹性力; p_A、p_B、px分别为主阀出口压力、主阀进口压力、先导阀腔压力; F_fyL、F_fyR、F_fx分别为先导阀芯在左、右阀口所受液动力,主阀芯所受液动力; Amvd、Amvu分别为主阀芯下端面积、主阀芯上端面积; z为拱高; N为孔数; Re、Rec分别为雷诺数、临界雷诺数; Cd、Cdmax分别为流量系数、紊流时最大流量系数;T为运动粘度; CX为湿周长。