增壓式螺紋插裝溢流閥的仿真與研究

□ 高施琛 □ 金俠杰 □ 冷景平 □ 呂永福 □ 邢科禮

上海大學 機電工程與自動化學院 上海 200072

螺紋插裝溢流閥結構緊湊，密封性好，廣泛應用于工程機械領域［1］。增壓式螺紋插裝溢流閥可通過調節X口的控制壓力，增加溢流閥的溢流壓力。AMESim是一種多學科領域復雜系統建模平臺，其自帶液壓元件庫，還包含液壓元件設計庫，用戶能根據自己的要求設計液壓元件并進行仿真，有利于新產品開發。基于AMESim軟件，用批處理方法對增壓式螺紋插裝溢流閥的性能參數進行仿真，得到最適值。根據最適參數制造增壓式螺紋插裝溢流閥，通過試驗驗證其特性。

1 結構簡介

增壓式插裝溢流閥結構如圖 1 所示［2］［3］，它是一種先導閥，共有3個油口，P口為壓力進油口，T口為溢流口，X口為增壓控制口。該增壓螺紋插裝溢流閥帶有增壓功能，可通過X口實現溢流壓力的遠程微調。

2 AMESim 仿真［4-6］

根據閥的結構和工作原理所建AMESim的仿真模型如圖2所示。根據實際產品的參數，初始參數設置見表1。

針對動靜態特性的優化，用批處理方法對阻尼孔孔徑x、先導閥半錐角、先導彈簧、主閥復位彈簧等參數進行仿真，找出最適合的值。通過仿真結果可知，阻尼孔孔徑為0.6 mm時為最佳值；主閥半錐角不應大于30°；先導閥半錐角14°為最佳值；先導彈簧的剛度一般都比較大。

基于以上結果，對增壓插裝式溢流閥的增壓功能進行仿真，其結果如圖3所示。

3 試驗驗證［7］

▲圖1 增壓式插裝溢流閥結構簡圖

▲圖2 增壓螺紋插裝溢流閥液壓系統仿真

據溢流閥測試的行業標準《JB/T 10374-2002液壓溢流閥》規定，結合本文研究的溢流閥的實際情況，對該閥進行試驗。螺紋插裝溢流閥測試系統液壓原理圖如圖4所示。液壓系統中的主泵為俄羅斯PSM變量泵，不變量時排量為55 mL/r，增壓系統用的增壓泵是玉峰高壓油泵廠的定量泵，排量為10 mL/r，電液換向閥和比例溢流閥采用的是Parker電液換向閥和比例溢流閥，電液換向閥進油口能承受35 MPa高壓，換向響應快，滿足瞬態響應試驗精度要求；比例溢流閥最大溢流壓力達到40 MPa，一方面能夠起到安全閥的作用，另一方面能滿足各試驗的要求。

表1 增壓螺紋插裝溢流閥的初始參數

▲圖4 溢流閥測試系統液壓原理圖

▲圖3 增壓功能仿真曲線

對增壓式螺紋插裝溢流閥進行穩態壓力-流量特性試驗，結果如圖5所示。

由以上結果可計算得：

▲圖5 增壓式螺紋插裝溢流閥進行穩態壓力-流量特性曲線

▲圖6 增壓螺紋插裝溢流閥瞬態特性曲線

▲圖7 增壓功能試驗曲線

其中：φk為開啟率；φb為閉合率；Pk為溢流閥開啟壓力；Pb為溢流閥閉合壓力；PT為溢流閥設定壓力。

結果表明：此閥的開啟率和閉合率超過了規定的開啟率（85%）和閉合率（80%），此閥具有良好的靜態特性。

對增壓式螺紋插裝溢流閥進行瞬態特性試驗，結果如圖6所示。

1）壓力上升時間為:

Δt1=0.333 s

2）過渡過程時間為:

Δt2=1.714 s

3）卸荷時間為:

Δt3=0.857 s

4）壓力超調率為:

其中：ΔP為最大超調壓力；P為溢流閥額定壓力。

從試驗結果可知：超調率略偏大，建壓、泄壓響應快，穩定性好，具有良好的瞬態特性。

對增壓式螺紋插裝溢流閥進行增壓功能試驗，結果如圖7所示。

從試驗結果可知，此閥壓力損失小、滯后小、響應迅速，增壓功能良好。

4 結束語

本文根據增壓式溢流閥的結構基于AMESim仿真，得出其最優性能參數。基于該參數制造出溢流閥進行試驗，試驗結果表明該閥靜態、動態特性良好，增壓功能良好。為改進閥的性能提供了依據。

［1］ 趙晟，冷景平，邢科禮.螺紋插裝先導溢流閥動態分析［J］.流體傳動與控制，2014（6）：5-9.

［2］ 張海平.螺紋插裝閥介紹（之一）——溢流閥［J］.流體傳動與控制，2005（5）：36-41.

［3］ 于良振，王明琳.螺紋插裝式溢流閥的研制與應用［J］.流體傳動與控制，2011（6）： 35-38.

［4］ 張宇琛,趙繼云,謝騰飛.二級先導插裝閥動態性能仿真與優化［J］.煤礦機械，2011,32 （6）:87-89.

［5］ 李艷杰,張昱.基于AMESim的B型液壓半橋建模和仿真［J］.液壓與氣動,2012（3）：69-71.

［6］ 張雙娟.先導式溢流閥靜態特性理論分析［J］.機械研究與應用，2010（1）：15-17.

［7］ JB/T 10374-2002，液壓溢流閥,技術條件［S］.