海水電液換向閥動態特性研究及仿真分析

朱奕

摘 要：以海水電液換向閥為研究對象，介紹了換向閥的主閥結構，分析其工作原理。通過對主閥運動過程的研究，針對主閥開啟過程的動態特性建立數學模型，同時對該數學模型采用Simulink軟件進行仿真。結果表明，該主閥結構動態性能良好，能夠滿足工作要求。

關鍵詞：電液換向；主閥；動態特性；Simulink仿真

中圖分類號：TH137 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0076-02

Abstract： Taking the electrohydraulic directional valve of seawater as the research subject， the structure of the main valve of the directional valve is introduced， and its working principle is analyzed. Through the study of the main valve movement process， the dynamic characteristics of the main valve opening process mathematical model is established， and the mathematical model is simulated by Simulink software. The results show that the structure of the main valve has good dynamic performance and can meet the working requirements.

Keywords： electrohydraulic commutation； main valve； dynamic characteristics； Simulink simulation

引言

海洋資源的開采不同于陸地，它對設備的要求更高、更苛刻，穩定的海上工作平臺對于海洋工作的有效開展、人員的安全提供了有效的保證。液壓支架能夠對工作臺起有效支撐作用，目前廣泛應用于采煤等海上作業平臺。海水電液換向閥作為液壓支架的控制系統的核心部件，能夠改變液流方向進而控制液壓支架液壓缸的動作，對實現液壓支架自動化及遠程化起著關鍵作用，因此高效、節能、穩定的海水電液換向閥是當前主要的研究方向[1-2]。

1 換向閥主閥結構及工作原理

由閥套、閥芯、閥桿以及彈簧等組成海水電液換向閥主閥的主要結構，其結構如圖1所示。當前為主閥閉合狀態，此時閥芯處于閉合位，卸油口處于打開位。當控制電磁得電，先導閥開啟使控制液流入B腔，液流壓力持續升高直至能夠克服閥套密封圈的摩擦阻力，閥套向左移動，從而卸油口關閉。液流壓力繼續升高直至能夠克服閥芯粘性阻力以及彈簧阻力，此時閥桿左移，進液口從而打開，液流通過C腔流入D腔。至此，海水電液換向閥主閥完成開啟過程，主油路開啟。

2 主閥動態特性分析

本文海水電液換向閥主閥采用錐閥式結構形式，其受作用力有：穩態液動力、瞬態液動力、粘性阻力以及密封圈摩擦阻力等。當閥套和閥桿都處于靜止狀態時，此時液流壓力為p，則液控端流量-壓力方程為[3-4]：

3 主閥動態特性仿真分析

根據所建立的主閥動態特性運動方程，通過Simulink軟件包建立相應的仿真模型，如圖2所示。

從示波器可以看到各個模型的變化曲線，其中主閥閥芯位移曲線及出口壓力曲線如圖3-4所示[5]。

由主閥閥芯開啟位移曲線圖可知，閥芯開啟時間較短且能夠保持穩定，開啟至最大位移所需時間110ms；當液控端壓力達到20bar時，主閥閥套開始動作關閉卸油口，當液控端壓力達到250bar并小幅振蕩最終平穩至200bar時，閥芯動作，進液口打開。其中，由于閥芯動作需克服壓力較大，因此與電磁通電后。主閥需要一定的遲滯時間才能夠響應，屬正常現象。總的來說，主閥開啟響應快，性能滿足系統要求。

4 結束語

本文對海水電液換向閥主閥的動態特性展開研究，并對運動模型、以及主閥液控端開啟壓力模型進行了仿真。根據主閥運動原理建立啟閉數學模型，從最終仿真結果來看，仿真曲線與本文主閥的動態特性相符合，同時也基本與換向閥的實際工作情況相符合，對海水電液換向閥的推廣使用具有參考意義；通過仿真結果主閥閥芯的響應時間，本文海水電液換向閥動反應快速，動態特性良好，能夠滿足實際的使用需求。

參考文獻：

[1]任偉，韋文術，黃韶杰.電液換向閥動態特性測試系統的研究與設計[J].煤炭工程，2008（9）：73-74.

[2]李曼，屈江民.液壓支架中電液換向閥內泄漏的仿真研究[J].液壓與氣動，2017（1）：49-54.

[3]黃俊鳴.海水電液換向閥的研究[D].武漢紡織大學，2012，04.

[4]任俊琴.大流量電液換向閥動態特性仿真及流場分析[D].太原理工大學，2015，05.

[5]王宏，劉波，田勇.運用AMESim和ADAMS的電液比例調平系統的仿真研究[J].現代制造工程，2014（7）：55-60.