趙小飛

摘要：直動(dòng)定值減壓閥具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，在液壓閥先導(dǎo)減壓、變量泵擺角調(diào)節(jié)、蓄能器穩(wěn)定充放液等工程液壓領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。給出了直動(dòng)定值減壓閥結(jié)構(gòu)簡圖并介紹了其工作原理，基于物理模型建立了直動(dòng)定值減壓閥數(shù)學(xué)模型，結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)方程利用AMEsim搭建了減壓閥仿真模型，仿真得到了在變化輸入壓力下的定值輸出壓力動(dòng)態(tài)特性曲線，驗(yàn)證了仿真模型的正確性，進(jìn)一步仿真分析了減壓彈簧剛度和閥芯遮蓋量對(duì)減壓閥輸出壓力的影響情況，仿真結(jié)果表明：選取硬彈簧和大遮蓋量均有助于提高減壓閥輸出壓力。

Abstract： Direct-acting constant value pressure reducing valve has good dynamic response characteristics， which is widely used in hydraulic engineering fields such as pilot pressure reducing， variable pump swing angle adjustment and accumulator stable filling and discharging liquid. The structure diagram and the working principle of direct-acting constant value pressure reducing valve are given and introduced. The mathematical model of valve is built based on physical model and the simulation model are established by the software of AMEsim. The dynamic characteristic curve of the fixed output pressure under the changing input pressure is obtained. The correctness of the simulation model is verified based on simulation. The influence of spring stiffness and covering quantity on fixed output pressure are further simulated and analyzed. The results show that selecting hard spring and large covering is conducive to improve the output pressure of fixed-value pressure reducing valve.

關(guān)鍵詞：定值減壓閥;建模;仿真;輸出壓力;彈簧剛度;遮蓋量

Key words： constant value pressure reducing valve;modeling;simulation;output pressure;spring stiffness;covering quantity

中圖分類號(hào)：TH134? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）21-0060-03

0? 引言

液壓元件在工程機(jī)械中運(yùn)用比較廣泛，定值減壓閥主要將進(jìn)口高壓力調(diào)節(jié)降低至滿足系統(tǒng)要求的壓力值，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。其主要作用是給系統(tǒng)調(diào)節(jié)出兩個(gè)以上的不同壓力回路，如先導(dǎo)控制回路、蓄能器充液回路等[1-2]。根據(jù)其工作原理可分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式，相比先導(dǎo)式，直動(dòng)式減壓閥具有較好的響應(yīng)特性，應(yīng)用比較廣泛。目前對(duì)直動(dòng)式減壓閥的應(yīng)用研究較多，王存堂等[3]為了使壓料缸的壓緊力可控，在壓料缸和油泵之間加入一個(gè)定值輸出減壓閥，提高了剪板機(jī)的主動(dòng)安全性。劉君等[4]進(jìn)行了減壓閥動(dòng)態(tài)特性的數(shù)值模擬，基于彈簧近似的動(dòng)網(wǎng)格有限體積格式求解了減壓閥的流體控制方程。王關(guān)海等[5]基于Simulink分析了減壓閥阻尼孔、敏感腔容積、二次回路腔室容積對(duì)壓力穩(wěn)定的影響。

但目前對(duì)直動(dòng)定值減壓閥動(dòng)態(tài)性能仿真分析研究較少，本文詳細(xì)介紹其工作原理，進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性理論分析，基于數(shù)學(xué)模型搭建其仿真模型，并進(jìn)行了仿真分析，研究其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，給減壓閥的設(shè)計(jì)研究提供參考價(jià)值。

1? 結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示為直動(dòng)定值減壓閥結(jié)構(gòu)示意圖，減壓閥入口壓力為P1，出口壓力為P2，卸油口L。高壓油P1口進(jìn)入減壓閥體，開度a為正的遮蓋量，即入口初始為通口，經(jīng)過環(huán)形b腔后從P2口流向下油低壓支路，出口壓力經(jīng)阻尼孔d反饋到閥芯右側(cè)，從而產(chǎn)生向左的推力，該力與控制彈簧有動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。出口壓力作用于右腔的壓力低于彈簧力時(shí)，閥芯處于最右側(cè)，閥口全開，當(dāng)出口壓力達(dá)到閥的設(shè)定壓力時(shí)，閥芯向左移動(dòng)，開度a減小，因此保持出口壓力不變，彈簧腔與油箱相連[6-8]。

2? 數(shù)學(xué)模型建立

如圖2所示為直動(dòng)定值減壓閥工作原理示意圖，根據(jù)其工作原理進(jìn)行其數(shù)學(xué)模型的搭建和推導(dǎo)。

減壓閥減壓過程滿足動(dòng)態(tài)閥芯力平衡方程[3]：

（1）

式中，mp表示閥芯質(zhì)量，kg;p2表示反饋壓力，MPa;Ap表示閥芯面積，m2;Bp表示閥芯阻尼系數(shù)，N/m·s-1;x表示閥芯位移，m;x0表示彈簧初始預(yù)壓縮量，m;Kp表示彈簧剛度，N/m。

減壓閥進(jìn)油口流量方程[9]：

（2）

式中，ρ表示油液密度，kg/m3;xp閥口初始開口度，mm;Cv表示節(jié)流系數(shù)，暫取0.7;D表示閥芯直徑，mm。

減壓閥流量連續(xù)性方程[10]：

（3）

式中，Q表示閥的總流量，L/min;E表示油液彈性模量，MPa，暫取1400MPa。Vp受控腔體積，m3;Q3表示出口流量，L/min;Q2表示敏感腔流量，L/min。

敏感腔流量方程[11]：

（4）

式中，V2敏感腔體積，m3。

3? 減壓閥模型建立與參數(shù)設(shè)置

3.1 仿真參數(shù)設(shè)置

如表1所示為系統(tǒng)仿真主要參數(shù)。

3.2 仿真模型

結(jié)合數(shù)學(xué)模型，基于AMEsim建立如圖3所示的直動(dòng)定值減壓閥仿真模型[14-16]。

4? 系統(tǒng)仿真結(jié)果

直動(dòng)定值減壓閥仿真模型仿真參數(shù)按照表1進(jìn)行設(shè)置，仿真時(shí)間設(shè)置為5s，時(shí)間間隔0.01s進(jìn)行仿真分析，仿真得到如圖4所示的減壓閥輸入輸出壓力變化曲線。

由圖4可得：在直動(dòng)定值減壓閥入口壓力輸入持續(xù)變化的高壓油，壓力由8 MPa持續(xù)10 s增大至10 MPa的過程中，直動(dòng)定值減壓閥入口壓力持續(xù)保持為1.375 MPa，仿真結(jié)論證明了直動(dòng)定值減壓閥模型的正確性。

分別取彈簧剛度為30N/mm、50N/mm、70N/mm、90N/mm對(duì)直動(dòng)定值減壓閥進(jìn)行仿真分析，得到如圖5所示的彈簧剛度對(duì)直動(dòng)定值減壓閥出口壓力的影響曲線。

由圖5可得：彈簧剛度對(duì)減壓閥輸出壓力有較大影響，當(dāng)彈簧剛度由30N/mm增大到90N/mm時(shí)，減壓閥輸出壓力由1.047MPa增大至2.881MPa。

分別取閥芯初始遮蓋量為1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm進(jìn)行仿真分析，得到如圖6所示的初始遮蓋量對(duì)減壓閥輸出壓力的影響曲線。

由圖6可得：閥芯初始遮蓋量對(duì)減壓閥輸出壓力具有明顯壓力，當(dāng)遮蓋量由1.0mm增大到2.5mm時(shí)，減壓閥輸出壓力由0.426MPa增大至1.131MPa。

5? 結(jié)論

給出了直動(dòng)定值減壓閥工作原理，建立了定值減壓閥數(shù)學(xué)模型和AMESIM仿真模型，并進(jìn)行了仿真分析，研究了彈簧剛度和閥芯遮蓋量對(duì)減壓閥輸出壓力的影響規(guī)律，為減壓閥的研究提供參考，主要得出以下結(jié)論：

①基于AMEsim建立的仿真模型具有一定的正確性。

②硬彈簧和大遮蓋量有助于增大減壓閥輸出壓力。

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