一種新型集成閥在泵欠流量工況下的仿真分析

一種新型集成閥在泵欠流量工況下的仿真分析

0壓力補償閥原油短缺車系統(tǒng)是一項低污染車系統(tǒng)。通常，水泵用于控制各種工作表的運行。為了使多個工作表能夠更好地實現(xiàn)組合動作，通常會向主閥芯添加壓力補償閥，以確保每個通道的流量只與主閥的打開量有關(guān)，而不受負荷壓力的影響。每個工作表可以同時運行。隨著液壓元件的標準化和小型化,集成化和模塊化的液壓回路順應(yīng)了時代的要求。由螺紋插裝閥組成的塊式集成控制閥,可以通過功能單元按需配置和靈活附加,其個性化的設(shè)計已經(jīng)在各液壓系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用1補償壓力補償閥圖1為一種常見的高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)圖,液壓泵1從油箱吸油,提供液壓系統(tǒng)所需的動力,塊式集成閥11控制轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、臂架變幅和臂架伸縮等動作,電比例流量閥2控制各工作機構(gòu)所需的流量,壓力補償閥3保證各機構(gòu)能很好地進行復(fù)合動作,電磁換向閥4控制各機構(gòu)的動作方向。9為三通補償閥,當各機構(gòu)不動作時,液壓泵1的流量通過三通補償閥9以一個很低的補償壓力卸荷;當有機構(gòu)動作時,通過單向閥將負載的壓力引到三通補償閥9,液壓泵1以負載壓力加補償壓力向系統(tǒng)提供所需的流量,多余的流量通過三通補償閥9溢流到油箱在GKS202壓力補償閥失去作用滑閥閥口流量方程其中:C為流量常數(shù);A為滑閥開口面積;ΔP為滑閥口兩端壓差;ρ為油液密度。設(shè)ΔP為常值,則流量Q只與主閥的開口面積A成正比。對圖1的系統(tǒng)進行分析,壓力補償閥3的作用是保證電比例流量閥2的兩端壓差恒定,從而使流過電比例流量閥2的流量只與閥開口(也就是控制電流)大小有關(guān)系,而與負載力的大小無關(guān)。在塊式集成閥11中,回轉(zhuǎn)、臂架變幅和伸縮的壓力補償閥的補償壓力相同,從而保證各機構(gòu)可以很好地進行復(fù)合動作。但是,整車調(diào)試的結(jié)果表明,當手柄開度增大、變幅和伸縮都需要大流量的時候,變幅和伸縮的動作協(xié)調(diào)性遭到破壞,也就說明壓力補償閥失去了作用。圖2為采用AMESim建立的圖1所示系統(tǒng)的仿真模型圖3為仿真模型中兩個支路的控制手柄輸入信號(輸入信號相同)曲線,設(shè)定仿真時間為20s,電比例流量閥5由關(guān)閉到全開,仿真采樣時間為0.1s。圖4為變幅和伸縮油缸活塞桿的速度曲線,在0s~15s臂架變幅和臂架伸縮的速度隨著手柄信號的增大而加快,15s~20s臂架伸縮的速度依然隨著手柄信號的增加而加快,臂架變幅的速度卻越來越慢。進一步分析,臂架變幅的壓力為16MPa,臂架伸縮的壓力為8.6MPa,在0s~15s兩個動作可以同時進行而互不干擾,證明壓力補償閥此時是起作用的。15s以后臂架伸縮的速度越來越快,臂架變幅的速度越來越慢,證明低壓側(cè)的執(zhí)行機構(gòu)搶了高壓側(cè)的油液,即壓力補償閥失去了作用。從圖5的壓力曲線也可以看出這一點,0s~15s變幅和伸縮比例流量閥兩端的壓差相等,復(fù)合動作正常進行,15s~20s泵供油不足出口壓力下降,變幅和伸縮比例流量閥的出口壓力也下降,但是伸縮比例流量閥兩端的壓差要大于變幅比例流量閥兩端的壓差,因此在同樣的閥開口下,油液優(yōu)先流向伸縮側(cè),而變幅側(cè)的油液則越來越少。3臂架變幅和臂架伸縮壓的壓力針對上述現(xiàn)象,常用的解決措施是加大泵的排量,使泵的輸出流量滿足多個執(zhí)行機構(gòu)同時動作的流量需求。GKS20高空作業(yè)車在后期的調(diào)試中,將泵的排量由20mL/r換成了30mL/r,結(jié)果所有的復(fù)合動作正常進行。圖6為泵排量為30mL/r時變幅和伸縮油缸的活塞桿速度仿真曲線。從圖6中可以看出,臂架變幅和臂架伸縮的速度始終隨著手柄信號的增大而加快,復(fù)合動作正常進行。但是增大泵的排量必然會消耗更多的功率,產(chǎn)生更多的熱量,使溫升加快,從而產(chǎn)生一系列影響。本文針對這一現(xiàn)象,在不改變泵排量的情況下,提出了一種塊式集成控制閥的改進方案,控制閥改進后的高空作業(yè)車液壓系統(tǒng)AMESim仿真模型如圖7所示。表2為改進后的補償閥參數(shù),其不同點是閥芯初始位置由0.7mm變成0mm,即補償閥的開口由常開式變成常閉式。圖8為集成閥改進后的變幅和伸縮油缸的活塞桿運動速度曲線,在0s~15s的速度曲線與閥未改進時的相同,15s~20s變幅和伸縮的速度不再增加,而是同時保持不變,并沒有出現(xiàn)圖4中所示的伸縮的速度越來越快,變幅的速度越來越慢的現(xiàn)象。從圖9的壓力曲線也可以看出,當泵欠流量時只是泵出口的壓力降低,變幅和伸縮比例流量閥的出口壓力兩者相等且保持不變,也即變幅和伸縮的比例流量閥前、后壓差相等,從而保證了復(fù)合動作的正常進行。4插裝閥改進設(shè)計現(xiàn)有的由螺紋插裝閥組成的高空作業(yè)車控制閥,在泵欠流量狀態(tài)下不能很好地進行復(fù)合動作。本文針對這一現(xiàn)象,提出了一種新的集成控制閥塊的組合方法,即將壓力補償閥由常開式變成常閉式,并對油路稍作改