电液反比例溢流阀的研究

　　前言

　　随着交通事业的飞速发展,火车提速已经是一个必然的趋势。但是火车提速必然会加剧机车的振动,尤其是横向振动问题比较突出。采用电液反比例溢流阀的机车半主动横向减振系统,可以明显地减小机车的横向振动。本文仅介绍电液反比例溢流阀的结构原理及性能特点。

　　1　阀的结构及工作原理

　　电液反比例溢流阀的工作原理如图1所示。该阀主要由先导限压阀5和反比例溢流阀1以及固定液阻R1、R2、R3组成。

　　在开关电磁铁断电不起作用的工作情况下,若忽略主阀芯的摩擦力,主阀芯主要受到诸如液压力Fy、电磁力Fi、弹簧力Ft以及稳态液动力Fst等4个力的作用,其稳态受力平衡方程式如下:

　　式中:pA为输出压力,ΔA为主阀芯台阶的环形面积,Ki为电流力增益,Ii为比例电磁铁的输入电流,Kt为弹簧刚度,x0和x分别是弹簧预压缩量和弹簧压缩量。将阀的参数代入式(1)得:

　　p_A=13·36+1·67x-0·021I_i(2)

　　由公式(2)可知,当输入电流Ii大于200 mA时,pA与Ii成反比例关系,所以随着比例电磁铁电流Ii的增大,输出压力pA将会成比例地减小。

　　该阀设定,当比例电磁铁的输入电流小于或等于200 mA的时候,开关电磁铁自动通电,开关电磁铁的电磁力破坏了主阀芯正常工作时的受力平衡,使主阀口4完全关闭,先导回油口6全开,全流量从先导限压阀通过回油,输出压力pA为先导限压阀的设定值。另外,此先导限压阀的设定值通过弹簧可调。该阀可为机车减振系统在断电时建立安全缓冲背压(其稳态控制特性曲线参阅图4。其中pA在200 mA附近的过渡是一个跳变的过程)。

　　2　动态分析

　　反比例溢流阀传递函数参见图2,它描述的是在先导限压阀阀口完全关闭的工况下的传递函数方块图。

　　其特征方程为:

　　由劳斯判据,系统的稳定性条件为:①特征方程各项系数均大于零;②下列不等式成立:

　　将阀的参数代入以上两式,结果是满足系统的稳定性两条件。在试验中,该阀的稳定性非常好,没有发生啸叫和振动现象。

　　3　性能试验研究

　　被试阀的基本参数为:阀最大流量10 L/min,最高工作压力为12 MPa。

　　图3为反比例溢流阀的试验系统原理图。6为电液比例调速阀,7为被试阀。

　　1)稳态控制特性

　　输入电流信号以三角波形式在0~750 mA区间连续缓慢地变化3个循环,测得反比例溢流阀的输出压力-输入电信号的稳态控制特性曲线如图4a所示。输出额定压力为12 MPa,通电时最低控制压力pmin<0·2MPa。输出压力随电流的变化(190~750 mA)在12~0·2 MPa间连续可调,此为工作区段。在被试阀断电时,手调先导限压阀的调节范围在2~12 MPa之间,图示为10·5 MPa。由特性曲线可知,被试阀的重复精度≤2·0%;滞环≤3%。