插装阀数学模型的建立及其动态仿真研究.pdf

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1、研究与开发机电工程技术2001年第30卷第6期插装阀数学模型的建立及其动态仿真研究庞积伟（广东省机械研究所，广东广州510630）摘要：探讨液压插装阀作为独立元件的动态特性。根据其内部结构和实际使用情况建立了两大组别的插装阀模型，每种类型的数学模型都通过相应的试验回路进行了较为详尽的验证与研究，为插装阀系统的理论与实验研究提供借鉴。关键词：插装阀；数学模型；动态仿真中图分类号：Th137.52+1文献标识码：A文章编号：1009-9492(2001)06-0014-041引言自从液压传动领域中普遍采用集成系统取代分立元件系统之后，插装阀得到越来越广泛的应用[1]。插装阀不但

2、可用作各种复合阀的主阀，而且还日益广泛地作为独立元件用于各种不同的液压系统。在适当的先导压力的作用下，插装阀可给系统带来更为高效、快速和平稳的响应特性[2]，同时插装阀系统可使系统回路更加简练，对污染的敏感度降低，使系统易于维护和保养。插装阀的研究已在较大范围内展开[3~6]，然而大都限于将其当作某一复合阀的主阀部分进行分析，而未将其当作一个独立的元件进行探讨与研究，各种液压系统分析软件如著名的Bathfp等都未有单独的插装阀元件[7][8]，这给该类系统的理论研究及实验分析带来较大的不便。图1基本型插装阀的结构插装阀基本上大都应用于高压、大流量的场其中：合，因此其动态特性

3、分析应予以足够的重视，本x、1分别为阀体的位移和速度；文将其当作独立元件，通过对其结构、特性的分f=(A1-Kfx)(p1-p2)+A2(p2-p3)-B11-KS(x0+x)；析，建立了相应的数学模型，并通过试验回路对摩擦力系数各个模型进行仿真验证与研究。FS，当1:0时2数学模型的建立Fr:!；Fc·Sign(1),当1!0时基本型插装阀的结构见图1所示，图2是引!2入一节流管孔后的节流型结构。本文采用目前行阀体有效面积：A1:4D1；业内较为流行的图形符号表示相应的插装阀。!2阀套有效面积：A2:D2；由图可见，插装阀主要由阀套、弹簧、阀体及阀4座等组成。阀体的运动可

4、由牛顿第二定律给出：阀体有效质量：M=Mp+MS；3d11=（f-F）（1）r稳态液动力常数：K=!CCDSin(2")。dtMf1U1dx本文考虑到阀体运动的稳态液动力，而忽略=1（2）dt其瞬态液动力。同时根据插装阀的结构特点，以收稿日期：2001—09—0314机电工程技术2OO1年第3O卷第6期研究与开发!#%IyISign（y)，当LO$1时（y）="DO#$y，其他对于细长管孔型阻尼孔，在动态分析时，流体惯性损耗必须予以考虑。此时流经阻尼孔口的流量必须增加液体感性阻尼一项，即：2dgD128LgOOOO=（p-p-）（6）134dt4LODO当先导阀腔内压力变化

5、梯度很大时，流体的压缩性损耗必须予以考虑，即流体连续性方程中必须增加容性阻抗一项：图2节流型插装阀的结构g=A1+g-V3dp3（7）32Oedt其中：下限制条件必须予以考虑：22O!x!SV3=[D3L3+D2（S-x)]4!dx=O当（x=O及f-FrO）时经阻尼孔口流量g设为零，上述方程组仍然有$dtO根据流体的连续性方程，入口流量g1、出口效。流量g2及流经先导孔口的流量g3的关系如下：3数学模型的分类g1=g2+g3（3）根据实际的使用

6、情况，可以确定不同的假定其中：条件。本文将插装阀分为基本型和节流型两大组g2=K1x%p1-p2Sign(p-p)别（5种类型）：12第一组：基本型插装阀。主阀与先导阀之间2K1=C1D1Sin()无阻尼孔口。该组可分为两种类型，分别为：%流经先导孔口的流量g3取决于阀的结构特点（1）PVOO：最简单的数学模型，不考虑先导以及假设条件的不同。以节流型插装阀为例（图阀腔的流体压缩性，即：2），如果忽略先导阀腔内流体压缩性，则g3主要g3=A21由阀芯运动部分流量（A21）和流经阻尼孔口流量gO=O（gO）两部分组成。即（2）PVO1：基本型插装阀中考虑到先导阀腔g3=A21+

7、gO（4）的流体压缩性，即：其中：流经阻尼孔口部分的流量取决于阻尼g3=A21-V3dp3edt孔的特性系数LO/D，当LO/D"1时，可看作锐边gO=O阻尼孔（gO#%p1-p3），否则，应视为细长阻尼第二组：节流型插装阀。即主阀与先导阀之孔（gO#(p1-p3）)，即：间带阻尼节流孔口的插装阀。共有3种类型：gO=KO(p1-p3)（5）（1）PV1O，阻尼孔口视作单纯的阻性元件。即：其中：g3=A21+gO!22LO##CODO，当$1时gO=KO（p1-p2)4%DOKO="4（2）PV11，忽略流体的压缩