先导式减压阀的静动态特性仿真分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)海军航空工程学院 作者:白晓瑞

  先导式减压阀在中高压气液动系统中得到广泛应用,由于其静态和动态特性对整个回路的工作状态有明显影响,因此,需对减压阀的工作特性进行研究。针对典型结构的先导式减压阀,建立其数学模型和仿真模型,根据仿真结果对其输出压力、流量等静态和动态特性进行分析,可对减压阀的工作状态和内部机制有更深刻的理解。仿真结果表明: 利用AMESim 进行仿真具有建模简便、模型精确、运算快捷的优点,能够有效节省试验和设计成本。

  减压阀是一种利用气液流经阀口节流作用产生压力损失从而使出口压力( 二次压力) 小于入口压力( 一次压力) 的压力调节阀,内部通常利用结构元件作用和压力差的平衡从而保持稳定输出压力。定压输出减压阀从结构上可以分为直动式减压阀和先导式减压阀。先导式减压阀虽然结构复杂,但在静态特性和稳定性上优于直动式减压阀,在中高压气液动系统中得到广泛应用。减压阀的静态和动态特性对于整个回路系统的工作状态有明显影响,因此,在液动系统设计中,有必要对减压阀的工作特性进行研究分析。

先导式减压阀结构示意图

图1 先导式减压阀结构示意图

  1、减压阀的基本结构

  先导式减压阀主要由压力调整机构( 先导控制阀) 和流量控制机构( 主阀) 两部分组成,如图1所示。先导式减压阀的输出压力通过调整先导阀调节螺栓改变调压弹簧的弹力得到。一次压力油液从进油口进入高压腔,经过主阀芯与阀套间的节流缝隙,得到二次压力,然后从出油口流出。二次压力腔通过小孔或沟槽与主阀芯底部容腔相通,且通过主阀芯中部阻尼孔流入主阀芯上部容腔,进而利用通孔将液压力作用于先导阀的锥形阀芯上。

  当二次压力小于最小设定输出压力时,先导阀的阀芯关闭,主阀芯在平衡弹簧作用下处于最低位置,此时主阀芯与阀套的节流缝隙最大,控制窗口处于全开状态,主阀芯阻尼孔中无油液流动,进出容腔短接,减压阀处于非工作状态。当二次压力升高时,先导阀前腔压力高于调节弹簧力,则先导阀打开, 产生先导流量, 主阀阀芯底腔压力升高,在压力差的作用下克服平衡弹簧力向上移动,主阀芯与阀套的节流缝隙减小,即控制窗口减小,二次压力降低,经过相互作用,直到作用在主阀阀芯上的液压差与平衡弹簧的弹力在新的位置上达到平衡为止。

  此时,二次压力为设定输出压力,而先导阀的阀芯处于微小开启的平衡状态,而经先导阀流出的油液流回油缸。当输入压力或油液流量在一定范围变化时,由于主阀芯与阀套间的节流缝隙变化相对量较小,且滑阀面积较大,可以使得输出压力始终保持在设定压力附近,稳定性较好。

  4、结论

  利用AMESim 对液动系统中常见的先导式减压阀进行建模仿真,具有建模简便、模型精确、运算快捷的优点。基于仿真结果进行静、动态特性分析,对减压阀的工作状态和内部机制可做到更细致全面的理解,有效节省试验和设计成本。

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