先导式溢流阀特性分析及其检测方法研究

　　0 前言

　　溢流阀是液压系统中最常用的关键元件之一,其性能的优劣直接影响系统的品质。流量和进出口压力是检测溢流阀性能的两个主要参数,其测量数据的可靠性对描绘溢流阀特性曲线的精度和实验效率有着直接的影响。目前通常都是采用流量计[1]来测量液压元件的流量,但由于流量计内在的固有属性,使其只适合于进行大流量的测量,在进行小流量测量时,它的测量精度低甚至无法测量。针对此问题,本文提出了一种基于多模态控制策略[2-3]的性能检测方法。对于溢流阀流量的测量:当其流量较大时,采用椭圆齿轮流量计进行测量;当其流量较小时,采用量杯进行测量。实验结果证明了这种检测方法扩大了溢流阀流量的测量范围,提高了溢流阀特性曲线的精度。

　　1 先导式溢流阀的理论分析

　　为了分析问题简便起见,在推导先导式溢流阀的流量-压力特性方程[4-6]时,均不考虑阀口的倒角、阀芯运动时的摩擦力以及液体流动时稳态液动力的影响。

　　根据液阻特性薄壁小孔理论可知,当先导阀工作时,先导阀阀口压力流量方程为:

　　式中:q_x为流经先导阀阀口的流量; C₂为先导阀阀口的流量系数; d为先导阀座孔直径; x为先导阀开口长度;φ为先导阀阀芯半锥角;ρ为油液密度; p₁为先导阀进口压力。

　　先导阀阀芯受力平衡方程为:

　　式中:A_x为先导阀座孔面积; K₂为先导阀弹簧刚度;x₀为先导阀弹簧预压缩量。

　　当先导阀阀口处于刚刚开启状态时,其先导阀阀芯的压力平衡方程为:

　　式中:p_1k为先导阀的开启压力。

　　从式(1))(3)中消去x,并经过简化可得:

　　式中:是一常数。

　　式(4)即是先导阀的流量-压力特性方程。

　　当主阀工作时,主阀阀口的压力流量方程为:

　　式中:q₁为流经主阀阀口的流量; C₁为主阀阀口的流量系数; D为主阀座孔直径; y为主阀开口长度;ρ为油液密度; p为主阀进口压力。

　　先导阀阀芯受力平衡方程为:

　　设计时,为了保证主阀芯与阀座的密封性,阀芯上腔的作用面积A要稍大于下腔作用面积A₁,其关系一般情况下为A₁=1.04A,故式(6)可简化为:

　　式中:A为主阀上腔作用面积; K₁为主阀弹簧刚度;y₀为主阀弹簧预压缩量。A₁为主阀下腔作用面积。