液壓閥流量階躍時進(jìn)口壓力響應(yīng)特性試驗(yàn)

液壓閥流量階躍時進(jìn)口壓力響應(yīng)特性試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：被試閥的一個重要單元動態(tài)特性試驗(yàn)是液體壓縮器的一個重要試驗(yàn)項(xiàng)目。壓力閥、流量閥動態(tài)特性試驗(yàn)方法類似，階躍加載閥快速由開至關(guān)，在被試閥進(jìn)（或出）口產(chǎn)生一個階躍流量（或壓力）激勵信號，作為被試閥動態(tài)響應(yīng)的輸入信號。為了盡量真實(shí)的反映被試閥本身的動態(tài)特性，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)條件做了三個方面的規(guī)定。(1）被試閥和試驗(yàn)回路相關(guān)部分所組成油腔的表觀容積剛度；(2）階躍加載閥與被試閥之間的相對位置；(3）階躍加載閥關(guān)閉時間（又稱加載時間常數(shù)）。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定加載時間常數(shù)不應(yīng)超過被試閥響應(yīng)時間的10%，最長不超過10ms，要求比較高。階躍加載回路任一環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不當(dāng)都可能導(dǎo)致加載時間常數(shù)過大。因此，本文重點(diǎn)研究如何滿足規(guī)定（3）的要求。1原油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1.1設(shè)置當(dāng)前場景以溢流閥流量階躍變化時進(jìn)口壓力響應(yīng)特性試驗(yàn)為研究對象。設(shè)定試驗(yàn)流量q為200L/min，試驗(yàn)壓力p為31.5MPa。1.2階躍加載閥5建立如圖1所示液壓系統(tǒng)。元件1-7構(gòu)成階躍加載回路。元件8-11構(gòu)成主油路。二通插裝閥5為階躍加載閥。從機(jī)能上說，液控單向閥及二通插裝閥都可作為階躍加載閥。但二者工作原理不同，液控單向閥靠控制油卸荷實(shí)現(xiàn)關(guān)閉，二通插裝閥利用控制油建壓實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。階躍加載回路主要參數(shù)設(shè)定見表12壓力p的影響二通插裝閥結(jié)構(gòu)如圖2所示。閥芯由開到關(guān)時，其運(yùn)動方程為受力方程為式中，L為閥芯移動距離；a為閥芯運(yùn)動加速度；t為閥芯運(yùn)動時間；F為閥芯所受合力；m為閥芯質(zhì)量；p由式（1）得t=（2L/a)由式（2）得a=（p式（4）代入式（3）得由于二通插裝閥出油口接油箱，壓力p由式（6）可得出下列結(jié)論：1)閥芯行程L越短，質(zhì)量m越小，則閥芯關(guān)閉越快；2)增大控制腔作用力，可以提高關(guān)閉速度；3)減小進(jìn)油口作用力，可以提高關(guān)閉速度。由于換向閥動作時間、油液壓縮性等因素，控制腔壓力建立是需要一定時間的，閥芯實(shí)際關(guān)閉動作是個復(fù)雜的過程。下面利用AMEsim對系統(tǒng)進(jìn)行建模及仿真，動態(tài)分析階躍加載回路各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)及參數(shù)對加載時間常數(shù)的影響。3asim建模二通插裝閥模型由HCD庫元件搭建，其他液壓元件在Hydraulic庫選擇，建立的系統(tǒng)模型如圖3。4電磁鐵開始動作仿真時間設(shè)定為0.5s，采樣頻率1kHz。在0.2s時，電磁鐵開始動作。圖4～圖10為仿真結(jié)果曲線，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示二通插裝閥閥芯位移，位移為0時即二通插裝閥關(guān)閉。4.12通插入閥(1）通插裝閥通徑根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，階躍加載閥開啟時，被試閥進(jìn)口壓力不得超過其調(diào)壓范圍上限的20%，即二通插裝閥通徑應(yīng)保證試驗(yàn)流量全部通過時卸荷壓力滿足此要求。比較NG25與NG32兩種通徑二通插裝閥的加載時間參數(shù)。由圖4可知，NG25比NG32動作更快。(2）通插裝閥對流場及閥芯關(guān)閉速度分析選擇合適的面積比及通過插裝閥的流向可以減小主油路壓力在閥芯的作用面積。比較A、B油口面積比為14.3:1及2:1的二通插裝閥，圖5。比較B-A及A-B兩種通過二通插裝閥的流向，見圖6。由圖5、圖6可知，采用面積比14.3:1的二通插裝閥B-A流向，閥芯關(guān)閉速度更快快。模型中設(shè)定二通插裝閥出油口至油箱的壓力損失為0，實(shí)際設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，出油口至油箱的流道及管路通徑應(yīng)足夠大，確保壓力損失近似為0，使出油口壓力對閥芯的作用力接近0，否則會對閥芯關(guān)閉速度造成不利影響。此外，增大二通插裝閥控制腔彈簧剛度可以提高閥芯關(guān)閉速度，但同時也增大了卸荷壓力。在保證卸荷壓力的前提下，可適當(dāng)增大彈簧剛度。4.2動作更加平穩(wěn)由圖7可知，控制泵出口設(shè)置蓄能器后，閥芯關(guān)閉速度加快，且動作更加平穩(wěn)。此外，使用蓄能器可以有效減弱控制泵與換向閥之間管路特性及控制泵輸出流量大小對加載時間常數(shù)的影響。仿真發(fā)現(xiàn)蓄能器的容積大小對加載時間常數(shù)的影響很小。(1）不同換向閥流通能力仿真設(shè)定電磁換向閥動作時間分別為0.02s、0.03s、0.04s、0.05s。設(shè)定換向閥單油路0.5MPa壓降下的流量分別為40L/min、80L/min、120L/min、160L/min、200L/min。由圖9可知，換向閥流通能力越強(qiáng)，階躍加載閥關(guān)閉越快。但當(dāng)流通能力足夠大時，再增大是沒有作用的。根據(jù)仿真曲線，NG10換向閥的流通能力已經(jīng)足夠。對于大多數(shù)二通插裝閥產(chǎn)品，廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)蓋板只能安裝NG6換向閥，如需要采用NG10換向閥，可安裝在閥塊上或設(shè)計(jì)非標(biāo)蓋板，此時應(yīng)注意合理設(shè)計(jì)換向閥與插裝閥之間的油路。5階躍加載回路本文利用AMEsim軟件對液壓閥動態(tài)特性試驗(yàn)回路進(jìn)行建模。通過仿真，可以觀察系統(tǒng)中各變量的變化過程，動態(tài)分析階躍加載回路主要結(jié)構(gòu)及參數(shù)對加載時間常數(shù)的影響，為回路設(shè)計(jì)提供參考。由圖8可知,電磁換向閥動作越快,二通插裝閥閥芯關(guān)閉越快。依據(jù)國內(nèi)外主要品牌的產(chǎn)品樣本,比