液压阀流量阶跃时进口压力响应特性试验

液压阀流量阶跃时进口压力响应特性试验

试验条件：被试阀的一个重要单元动态特性试验是液体压缩器的一个重要试验项目。压力阀、流量阀动态特性试验方法类似，阶跃加载阀快速由开至关，在被试阀进（或出）口产生一个阶跃流量（或压力）激励信号，作为被试阀动态响应的输入信号。为了尽量真实的反映被试阀本身的动态特性，试验标准对试验条件做了三个方面的规定。(1）被试阀和试验回路相关部分所组成油腔的表观容积刚度；(2）阶跃加载阀与被试阀之间的相对位置；(3）阶跃加载阀关闭时间（又称加载时间常数）。试验标准规定加载时间常数不应超过被试阀响应时间的10%，最长不超过10ms，要求比较高。阶跃加载回路任一环节设计不当都可能导致加载时间常数过大。因此，本文重点研究如何满足规定（3）的要求。1原油系统的设计1.1设置当前场景以溢流阀流量阶跃变化时进口压力响应特性试验为研究对象。设定试验流量q为200L/min，试验压力p为31.5MPa。1.2阶跃加载阀5建立如图1所示液压系统。元件1-7构成阶跃加载回路。元件8-11构成主油路。二通插装阀5为阶跃加载阀。从机能上说，液控单向阀及二通插装阀都可作为阶跃加载阀。但二者工作原理不同，液控单向阀靠控制油卸荷实现关闭，二通插装阀利用控制油建压实现关闭。阶跃加载回路主要参数设定见表12压力p的影响二通插装阀结构如图2所示。阀芯由开到关时，其运动方程为受力方程为式中，L为阀芯移动距离；a为阀芯运动加速度；t为阀芯运动时间；F为阀芯所受合力；m为阀芯质量；p由式（1）得t=（2L/a)由式（2）得a=（p式（4）代入式（3）得由于二通插装阀出油口接油箱，压力p由式（6）可得出下列结论：1)阀芯行程L越短，质量m越小，则阀芯关闭越快；2)增大控制腔作用力，可以提高关闭速度；3)减小进油口作用力，可以提高关闭速度。由于换向阀动作时间、油液压缩性等因素，控制腔压力建立是需要一定时间的，阀芯实际关闭动作是个复杂的过程。下面利用AMEsim对系统进行建模及仿真，动态分析阶跃加载回路各环节结构及参数对加载时间常数的影响。3asim建模二通插装阀模型由HCD库元件搭建，其他液压元件在Hydraulic库选择，建立的系统模型如图3。4电磁铁开始动作仿真时间设定为0.5s，采样频率1kHz。在0.2s时，电磁铁开始动作。图4～图10为仿真结果曲线，横坐标表示时间，纵坐标表示二通插装阀阀芯位移，位移为0时即二通插装阀关闭。4.12通插入阀(1）通插装阀通径根据试验标准，阶跃加载阀开启时，被试阀进口压力不得超过其调压范围上限的20%，即二通插装阀通径应保证试验流量全部通过时卸荷压力满足此要求。比较NG25与NG32两种通径二通插装阀的加载时间参数。由图4可知，NG25比NG32动作更快。(2）通插装阀对流场及阀芯关闭速度分析选择合适的面积比及通过插装阀的流向可以减小主油路压力在阀芯的作用面积。比较A、B油口面积比为14.3:1及2:1的二通插装阀，图5。比较B-A及A-B两种通过二通插装阀的流向，见图6。由图5、图6可知，采用面积比14.3:1的二通插装阀B-A流向，阀芯关闭速度更快快。模型中设定二通插装阀出油口至油箱的压力损失为0，实际设计系统时，出油口至油箱的流道及管路通径应足够大，确保压力损失近似为0，使出油口压力对阀芯的作用力接近0，否则会对阀芯关闭速度造成不利影响。此外，增大二通插装阀控制腔弹簧刚度可以提高阀芯关闭速度，但同时也增大了卸荷压力。在保证卸荷压力的前提下，可适当增大弹簧刚度。4.2动作更加平稳由图7可知，控制泵出口设置蓄能器后，阀芯关闭速度加快，且动作更加平稳。此外，使用蓄能器可以有效减弱控制泵与换向阀之间管路特性及控制泵输出流量大小对加载时间常数的影响。仿真发现蓄能器的容积大小对加载时间常数的影响很小。(1）不同换向阀流通能力仿真设定电磁换向阀动作时间分别为0.02s、0.03s、0.04s、0.05s。设定换向阀单油路0.5MPa压降下的流量分别为40L/min、80L/min、120L/min、160L/min、200L/min。由图9可知，换向阀流通能力越强，阶跃加载阀关闭越快。但当流通能力足够大时，再增大是没有作用的。根据仿真曲线，NG10换向阀的流通能力已经足够。对于大多数二通插装阀产品，厂家提供的标准盖板只能安装NG6换向阀，如需要采用NG10换向阀，可安装在阀块上或设计非标盖板，此时应注意合理设计换向阀与插装阀之间的油路。5阶跃加载回路本文利用AMEsim软件对液压阀动态特性试验回路进行建模。通过仿真，可以观察系统中各变量的变化过程，动态分析阶跃加载回路主要结构及参数对加载时间常数的影响，为回路设计提供参考。由图8可知,电磁换向阀动作越快,二通插装阀阀芯关闭越快。依据国内外主要品牌的产品样本,比