流量放大閥工作原理研究

王曉娟 劉燦杰 張志偉

關(guān)鍵詞：流量放大、數(shù)學(xué)模型、仿真分析

中圖分類號(hào)：TH137

前言

流量放大技術(shù)為目前液壓系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢(shì)，它僅通過(guò)控制先導(dǎo)閥的流量就可實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥的流量進(jìn)行控制，簡(jiǎn)化了比例流量閥的結(jié)構(gòu)。如力士樂(lè)RCS系列多路閥，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，伊頓威格士Valvistor比例流量控制插裝閥，其結(jié)構(gòu)均采用流量放大技術(shù)。本論文對(duì)伊頓威格士Valvistor工作原理進(jìn)行分析，并建立數(shù)學(xué)模型以及AMEsim仿真模型，對(duì)流量放大技術(shù)進(jìn)行深度研究。

1.工作原理

伊頓威格士Valvistor比例流量控制插裝閥結(jié)構(gòu)如圖2所示，其結(jié)構(gòu)主要有9閥套、8主閥芯和4先導(dǎo)閥組成。其中主閥芯8內(nèi)包含計(jì)量邊緣7，通過(guò)一條油道將主閥芯上腔3以及下腔1相連通。當(dāng)B口進(jìn)油時(shí)，油液壓力作用在主閥芯8的環(huán)形面積10上，由于主閥芯上下腔無(wú)壓力，主閥芯打開(kāi)，相當(dāng)于一個(gè)單向閥。當(dāng)A口進(jìn)油、先導(dǎo)閥4未通電時(shí)，A口油壓經(jīng)過(guò)主閥芯8內(nèi)部油道以及計(jì)量邊緣7，進(jìn)入主閥芯上腔3并作用于主閥芯上腔作用面積，由于主閥芯上腔作用面積大于下腔作用面積，主閥芯在上腔油壓力作用下，壓緊在閥套9上，主閥芯未打開(kāi)。當(dāng)先導(dǎo)閥芯得電打開(kāi)時(shí)，主閥上腔液壓油經(jīng)先導(dǎo)閥芯流至油口B，主閥芯上腔壓力降低，此時(shí)主閥芯在上下腔壓力差的作用下向上移動(dòng)打開(kāi)。當(dāng)通過(guò)主閥芯內(nèi)油道流量與通過(guò)先導(dǎo)油路流量相等時(shí)，主閥芯達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)主油路經(jīng)過(guò)主閥芯流量與先導(dǎo)閥芯流量成一定比例。當(dāng)先導(dǎo)油路流量減小時(shí)，主閥芯下移，減小通過(guò)計(jì)量邊緣7的流量，直至再次達(dá)到平衡狀態(tài)。

2.數(shù)學(xué)模型

分別建立主油路以及先導(dǎo)油路的力平衡方程和流量連續(xù)性方程，最后得到主油路與先導(dǎo)油路的流量放大系數(shù)為：

其中： ? ? ?q——主油路流量;

qy——先導(dǎo)油路流量;

cdx——主閥芯流量系數(shù);

wx——主閥芯面積梯度;

cdc——計(jì)量邊緣7流量系數(shù);

wc——計(jì)量邊緣7面積梯度;

xi——先導(dǎo)閥芯位移;

PA——主閥芯進(jìn)油口壓力;

PB——主閥芯出油口壓力;

由數(shù)學(xué)模型可知，主油路與先導(dǎo)油路流量放大系數(shù)受液動(dòng)力影響，隨著液動(dòng)力增大而減小。

3.仿真分析

根據(jù)Valvistor比例流量控制插裝閥結(jié)構(gòu)原理建立仿真模型如圖3所示，其中1為主閥芯節(jié)流口，2為主閥芯計(jì)量邊緣節(jié)流槽，3為先導(dǎo)電比例流量閥。調(diào)節(jié)仿真模型參數(shù)，分別在考慮液動(dòng)力和不考慮液動(dòng)力對(duì)主閥芯影響的條件下得到仿真結(jié)果如圖5所示。

由圖4可知，流量放大倍數(shù)受液動(dòng)力影響，液動(dòng)力會(huì)減小流量放大系數(shù)。先導(dǎo)電比例流量閥在小流量初始階段， 由于受主閥芯容腔體積變化對(duì)先導(dǎo)控控制油路流量影響較大，導(dǎo)致流量控制特性差，流量不成固定比例。

4.結(jié)論

由于流量放大型流量閥在開(kāi)啟過(guò)程中，通過(guò)先導(dǎo)閥的流量等于通過(guò)槽的流量加上主提升閥開(kāi)口運(yùn)動(dòng)排出的流量，導(dǎo)致其開(kāi)啟特性和小流量微動(dòng)特性差，不適宜應(yīng)用于對(duì)開(kāi)啟特性和小流量微動(dòng)特性要求較高的場(chǎng)所。且流量放大系數(shù)受液動(dòng)力影響，因此不適宜應(yīng)用于流量精度要求較高場(chǎng)所。但是在大流量場(chǎng)合，采用流量放大技術(shù)，通過(guò)控制先導(dǎo)油路小流量來(lái)控制主油路大流量，是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，可以在大流量流量控制閥上進(jìn)行大量推廣應(yīng)用。

另外，流量放大型流量閥流量受負(fù)載壓力變化影響，可在先導(dǎo)級(jí)增加壓力補(bǔ)償閥，降低負(fù)載壓力變化對(duì)油路流量產(chǎn)生影響，增加流量控制精度。

作者簡(jiǎn)介：王曉娟（1988.10—），女，漢族，籍貫：河南平頂山，碩士學(xué)位，中級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事液壓閥開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。