液压先导锥阀开启特性的仿真分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第151期)机械工程与自动化NO．62008年12月MECHANICALENGINEERINGAUTOMATIONDec．文章编号：1672—6413(2008)06—0015—03液压先导锥阀开启特性的仿真分析陈伦军，董炳坤，张际，李洪涛(贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550003)摘要：液压先导锥阀是液压驱动系统的最基本控制部件，其开启特性的优劣直接影响系统的品质。在对先导锥阀的结构及工作原理分析的基础上．建立了其等效单自由度振动模型，并借助MATLAB仿真出在不同参数下锥阀芯开口程度随时间的变化规

2、律曲线。通过对曲线的比较，从中得出针对不同的功能要求设计锥阀的依据。关键词：先导锥阀；开启特性；振动；MATLAB中图分类号：THl37．52文献标识码：AO引言在振动问题中，整个液压装置或某个液压组件均在液压系统中，各类阀是使系统能满足设计使用可等效成具有一定质量、弹性和阻尼的振动系统，通功能的基本液压单元，阀的良好性能是液压系统满足常简化为单自由度简谐激振力作用下的强迫振动系正常工作的必要前提。锥阀是许多阀类的重要组成统，锥阀的单自由度振动模型见图2。该振动系统的运部分，多数阀类的工作最小单元就是锥阀，而开启特动微分方程为：性是所有阀类的重要指

3、标。由于阀的工作状况决定了z+2z+：z—F／m。阀的加工精度要求较高，各个零件之间的加工尺寸的式中：主，主，——分别为系统加速度、速度、位移；累积误差使得阀的特性显得极为敏感，不利于阀特性，72——系统质量；的控制，只有合理运用和设计锥阀的芯部，才可以使F——自振的作用力；阀的特性达到使用要求，并能降低加工成本和获得较1——阻尼比．一+c／~／是，其中c为好的通配性。锥阀的开启程度L2]不仅与油液压力、流量有关，阻尼系数，为弹簧刚度；也和锥阀芯的外形有关，它主要的表现是开启程度与——无阻尼固有频率，O)n一~／矗／。压力的变化相关。当我们把锥阀作

4、为先导控制单元时，希望开启范围(当阀开启时压力到压力达到最大值)越小越好，此类锥阀常采用高刚度弹性支撑和小角度锥面设计，较小的开度意味着过阀流量的极小变化，这样使得压力波动对过先导锥阀的次级压力和流量产生较小的影响，从而使先导阀对受控单元进行稳定的预先控制，避免了阀自振和受控单元的摆动。本文在对锥阀的结构及工作原理分析的基础上，建立了其等效单自由度振动模型，并借助MATLAB[4．s]强大的仿真功能，得出在不同参数下锥阀芯开口程度随时间的变化曲线，针对不同的功能要求，确定合理的弹簧刚度、锥阀阀芯角度和合适的阻1一阀芯；2--阀体；3--调压弹簧；4

5、m调压手轮尼系数。图1锥阀结构图1锥阀的结构系统的特征方程为：锥阀的结构见图1。+2，+一0。2液压锥阀的等效振动模型当阻尼比一0(零阻尼)时：收稿日期：2008一O4—02；修回日期：2008—06—2O作者简介：陈伦军(1951一)．男，四川成都人，教授．博士生导师，主要研究方向为机电液传动与控制。学兔兔www.xuetutu.com·16·机械工程与自动化2008年第6期r=：±(￡’。控制而言，通过锥阀芯的油液流量往往非常小，它所当阻尼比一1(临界阻尼)时：承受的工作压力P。却很高，因此可忽略经过阀芯压力r一o分割线的低压压力P。对锥阀芯作

6、用力的影响。当阻尼比>1(过阻尼)时：r一一cu±~／。一1。当阻尼比为O<<1(欠阻尼)时：，．一一±ccJ。一1。可以看出，无阻尼固有频率只是弹簧刚度k和质量的函数，与阻尼比无关。要想使该系统振动衰减或无振动，系统阻尼比必须大于O(欠阻尼)或大于1(过阻尼)。图3不同锥角阀芯的受力比较图2单自由度振动模型3锥阀阀芯的受力分析图3为不同锥角阀芯的受力比较。如图3所示，当锥阀1与锥阀2的开口程度相同时(都为R值)，高压图4锥阀芯表面压力分布图油液通过锥阀芯时的通流截面积相同，高压油液的压4．1锥阀在不同阻尼系数条件下的特性分析力跌落差和通油量是相同

7、的。由于高压油液投射到锥图5为不同阻尼系数下锥阀的特性曲线。图5的阀芯锥面上的有效压力分布面积不相等(>S)，使纵坐标(1ength)为锥阀芯开口程度，即锥阀孔口到阀得高压油液作用在阀芯锥面上的作用力F(对振动阻芯锥面的垂直距离。图5中k一3，f一2，F一30时的尼系统而言就是外部干扰力)就不同，而引起振动阻尼曲线是先导控制所需要的较好情况。比较4组曲线可系统振动的主要原因就是该外部干扰力F。设计锥阀知，过大的阻尼系数会使振动阻尼系统动态响应反应的目标便是让该干扰力尽可能地避开所设计锥阀的系迟滞，使先导控制方式无法快速地将施控单元的控制统自振属性，

8、即便是该干扰力接近该系统的自振频率信号传递给受控单元，阻尼系数越大迟滞的时间越长。范围也是不允许的。在图4中可以很容易看出