主動控制的直動式溢流閥壓力特性分析

1、主動控制的直動式溢流閥壓力特性分析劉桓龍，季曉偉，柯堅，吳文海（西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都610031）來稿日期：20170710作者簡介：劉桓龍，（1977），男，四川資陽人，博士研究生，副教授，主要研究方向：流體傳動及控制和機(jī)械電子領(lǐng)域的科學(xué)研究1引言直動式溢流閥既可單獨使用，也可作為先導(dǎo)式溢流閥的先導(dǎo)閥使用，主要采用溢流閥結(jié)構(gòu)，利用彈簧直接對閥芯加載，調(diào)定其工作壓力。作為一種重要的壓力閥，溢流閥幾乎應(yīng)用在每個液壓系統(tǒng)中。普

2、通溢流閥閥芯系統(tǒng)的低阻尼特點讓閥芯不容易穩(wěn)定，造成溢流閥的動態(tài)壓力特性較差甚至使得系統(tǒng)不能正常工作。因此，針對溢流閥的不穩(wěn)定現(xiàn)象，眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員進(jìn)行了大量的研究[14]，主要都是探討孔道結(jié)構(gòu)參數(shù)、固定阻尼、閥芯結(jié)構(gòu)和油液含氣量等對溢流閥其振動特性的影響，并提出一些改善振動特性的閥芯結(jié)構(gòu)，未涉及到采用主動控制的方法。借鑒主動控制的思路，提出采用主動控制提高溢流閥閥芯穩(wěn)定性的方法。在溢流閥前腔增加一個活塞腔，通過主動控制活塞的往復(fù)運

3、動，動態(tài)改變溢流閥前腔的容積大小，從而快速平衡壓力波動，使溢流閥具有較強(qiáng)的閥芯穩(wěn)定能力和一定的適應(yīng)參數(shù)變化的能力。2溢流閥主動減振控制的工作原理溢流閥主動減振控制技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容是在溢流閥前腔增加一套可變?nèi)莘e裝置，包括活塞、活塞彈簧、作動器、壓力傳感器、控制器等。可變?nèi)莘e裝置通過活塞的往復(fù)運動，動態(tài)改變溢流閥前腔的容積，來平衡由于外部激勵以及閥芯振蕩帶來的壓力波動，加速閥芯的平衡。主動減振溢流閥的原理結(jié)構(gòu)，如圖1所示。圖1中，調(diào)壓螺母用于

4、給調(diào)壓彈簧施加預(yù)緊力來調(diào)定閥的額定壓力。力傳感器用于檢測調(diào)壓彈簧的預(yù)緊力，預(yù)緊力與壓力閥的額定壓力成線性關(guān)系，可以通過檢測預(yù)緊力值得知壓力閥的額定壓力。油壓傳感器用于檢測溢流閥入口的實時油液壓力值。減振過程分成兩個階段。第一階段，入口壓力上升期間，壓力值在控制器閾值以下時，活塞被動運動，由活塞彈簧承擔(dān)一級減振；第二階段，壓力上升到控制器閾值以上時，活塞在作動器的驅(qū)動下主動運動，實現(xiàn)溢流閥的主動減振?？刂破鏖撝档脑O(shè)定是為了避免溢流閥在壓力

5、上升期間過早觸發(fā)主動減振裝置，只有在入口摘要：針對普通直動式溢流閥低阻尼易振動的特點，提出了一種溢流閥主動控制技術(shù)。該技術(shù)實時檢測閥口壓力與調(diào)定壓力進(jìn)行比較，利用偏差控制溢流閥前腔容積大小從而控制入口壓力的方式來提高溢流閥閥芯的穩(wěn)定性。分析了直動式溢流閥主動控制系統(tǒng)的工作原理，利用AMESIM軟件建立系統(tǒng)模型，仿真分析了主動減振直動式溢流閥對不同壓力、流量以及油液體積彈性模量的適應(yīng)能力。結(jié)果表明：主動減振溢流閥具有較強(qiáng)的閥芯穩(wěn)定能力和較

6、好的適應(yīng)工況變化的能力。關(guān)鍵詞：直動式溢流閥；壓力特性；主動控制；容積腔中圖分類號：TH16；TH137.521文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：10013997（2018）01000503AnalysisonthePressureacteristicsofDirectReliefValveUsingActiveControlLIUHuanlong，JIXiaowei，KEJian，WUWenhai（SchoolofMechanicalEngin

7、eering，SouthwestJiaotongUniversity，SichuanChengdu610031，China）Aｂstract：Accdingtotheacteristicsoflowdampingeasyvibrationofdinarydirectreliefvalve，anactivecontroltechniqueispresented.Thetechnologyisthroughthecomparisonofth

8、erealtimedetectionofthevalveptpressurethesettingpressure，usingofthedeviationtocontrolthefrontcavityvolumeofreliefvalve，soastocontroltheinletpressuretoimprovethestabilityofthevalvespool.Analyzedthewkingprincipleofthedirec

9、treliefvalve，establishedthesystemmodelusingAMESIMsoftware，simulatedanalyzedtheadaptivecapacityoftheactivevibrationsuppressdirectreliefvalvetothedifferentpressure，flowvolumeelasticmodulusoftheoil.Theresultsshowthattheacti

10、vevibrationsuppressreliefvalvehasstronglystablecapacitycansuittothedifferentwkingconditions.KeyWds：DirectReliefValve；Pressureacteristic；ActiveControl；VolumeChamｂerMachineryDesign＆Manufacture機(jī)械設(shè)計與制造第1期2018年1月5萬方數(shù)據(jù)對10Nmm、1

11、5mm、20mm的活塞彈簧剛度進(jìn)行仿真分析。圖5中可以看出，活塞彈簧的剛度對溢流閥入口的壓力動態(tài)特性影響不大，但是要做好與活塞直徑以及作動器輸出力范圍的合理匹配。10Nmm15Nmm20Nmm壓力（MPa）43210時間t（ms）051015202530圖5活塞彈簧的剛度對壓力響應(yīng)的影響Fig.5ThePistonSpringStiffnessontheInfluenceofPressureResponse5不同工況下的適應(yīng)能力分析5.

12、1不同的額定工作壓力在保證溢流閥其它參數(shù)相同的情況下，分析彈簧預(yù)緊力分別為300N、1000N、2200N時的壓力響應(yīng)特性。普通溢流閥在中、高壓下由于較強(qiáng)的激勵與低阻尼，往往不能穩(wěn)定，或穩(wěn)定較慢。從圖6中可以看出主動減振溢流閥在低、中、高壓下都能很快穩(wěn)定，且壓力波動幅值小。但由于額定壓力的增大會帶來活塞彈簧受力的增加，因此在一級減振階段中，由于低的活塞彈簧剛度會導(dǎo)致壓力上升時間的增加，因此在高壓場合使用時可以考慮適當(dāng)增加活塞彈簧的剛度。

13、壓力（MPa）時間t（ms）300N1000N2200N18161412108642001020304050圖6不同工作壓力下的適應(yīng)能力Fig.6TheAbilitytoAdapttoDifferentWkingPressure5.2不同工作流量為考察主動減振溢流閥對不同工作流量的適應(yīng)能力，針對10Lmin、25Lmin、40Lmin三種不同工作流量進(jìn)行了仿真分析。壓力（MPa）43210時間t（ms）0102030405010Lmin

14、25Lmin40Lmin圖7不同工作流量下的適應(yīng)能力Fig.7TheAbilitytoAdapttoDifferentWkFlow溢流閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)限制了其工作的流量范圍，因此只能在一定流量范圍內(nèi)考察其工況適應(yīng)能力。如圖7所示，主動減振溢流閥能夠在不同工作流量下快速穩(wěn)定閥芯，且壓力波動小。5.3不同油液體積彈性模量在該主動減振系統(tǒng)中，體積彈性模量直接影響油液體積壓縮時的壓力上升特性，因此需要考察主動減振溢流閥對不同油液體積彈性模量的適應(yīng)能

15、力。針對800MPa、1100MPa、1700MPa三種油液體積彈性模量進(jìn)行分析，結(jié)果如下。普通溢流閥在油液體積彈性模量過小時很難穩(wěn)定，如圖8所示。主動減振溢流閥在不同體積彈性模量下都能很快穩(wěn)定，表明主動減振效果對油液的體積彈性模量不敏感。壓力（MPa）43210時間t（ms）01020304050800MPa1100MPa1700MPa圖8不同體積彈性模量下的適應(yīng)能力Fig.8TheAbilitytoAdapttoDifferentB

16、ulkModulus6結(jié)論（1）主動減振溢流閥具有較好的壓力動態(tài)穩(wěn)定特性，在閥芯粘性系數(shù)較小的情況下仍可以處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過計算發(fā)現(xiàn)，活塞直徑是影響減振性能的關(guān)鍵參數(shù)，作動器的位移范圍與輸出力范圍限制了活塞彈簧的剛度，要做好三者之間的匹配關(guān)系。（2）設(shè)計的主動減振溢流閥能夠適用于低、中、高壓，不同的工作流量以及不同的油液體積彈性模量的場合，克服普通溢流閥在不同工況下適應(yīng)能力差的缺點。參考文獻(xiàn)［1］MoussouP，GibertRJ，Br

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