分流集流閥的動態特性分析

張毅敏

（中國船舶重工集團公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

引言

液壓同步系統中常用的一種同步元件是分流集流閥，它能自動分配進入兩個或多個液壓執行元件中的油液流量，使他們保持位置同步或按一定比例關系運動。本文通過對閥進行數學建模，采用AMESim仿真軟件對分流集流閥進行了仿真分析，從而分析集流閥主要動態性能及結構參數。

1 集流閥簡介

分流集流閥又稱同步閥，它具有集流閥和分流閥的功能，能確保執行元件如液壓缸和馬達進油、回油時同步運行。掛鉤式分流集流閥的結構原理圖如圖1所示。

2 分流集流閥的數學模型

集流閥原理圖如圖2所示。由于分流集流閥節流口的長度和直徑之比小于0.5，可以按照薄壁孔來分析，將分流集流閥簡化為如圖2所示的原理簡化圖（K是彈簧剛度）。根據節流口流量方程、流量連續性方程以及閥芯動力學方程建立分流集流閥的數學模型如下：

1）固定節流口的流量方程。

圖1 掛鉤式分流集流閥

圖2 集流閥原理圖

式中：Q1、Q2為流經左右固定節流口的流量；Cd為節流口的流量系數；A1、A2為左右固定節流口的節流面積；Ps為分流集流閥的入口壓力；P1、P2為左右腔的壓力；ρ為油液密度。

2）可變節流口的流量方程。

式中：QA、QB為流經左右可變節流口的流量；D為閥芯直徑；PA、PB為分流集流閥左右出口的壓力。

3）分流集流閥流量連續性方程。

式中：Vs、V1和V2分別為分流集流閥入口容積和閥左右腔容積；βe為兄綜合彈性模量；x為閥芯移動位移，A0為閥芯等效受力面積。

4）分流集流閥閥芯動力方程。

3 分流集流閥AMESim建模仿真

3.1 AMESim仿真軟件簡介

AMESim軟件為多學科領域復雜系統建模仿真平臺，是由法國IMAGINE公司的一款系統仿真軟件。特別適于液壓系統的建模仿真優化。尤其是AMESIM軟件提供的HCD（液壓軟件設計）模塊，更為多種多樣液壓元件的建模提供了方便。

3.2 分流集流閥建模

由于分流集流閥的分流工況與集流工況僅是油液出口與入口方向相反，故本文僅以分流工況為例進行建模仿真分析。依據工作原理，采用AMESim的HCD建立閥的模型如圖3所示。

3.3 仿真分析

3.3.1 模型同步精度

閥的同步精度、負載壓差的技術參數如表1所示。

還沒完。那邊林白軒也有賬跟這小姑娘算：“你由為師一百張畫里，認出加入的吳太師父的真跡，也就罷了，女孩兒學畫畫、彈琴本來就有天分，可是為什么袁安與李離也一認一個準呢？我剛才晚飯時百思不得其解，與你雨鸞師父參詳了半天，也沒想明白！”

表1 分流集流閥負載壓差與同步精度的技術要求參數

圖3 分流集流閥AMEsim模型

通過設置A和B口的壓差依次為30MPa、20MPa、6.3MPa、1MPa。

4種壓差工況下A與B口的流量差曲線如圖4所示。

圖4 A口與B口的流量差（QA－QB）曲線

×100%可得該閥模型在不同壓差下的同步精度如表2所示。

表2 分流集流閥模型在不同壓差下的同步精度

由表1和表2可知，AMESim閥模型的同步精度滿足要求，模型建立正確。

但是，在分流集流閥的響應時間內，A、B口的流量差有較大的脈沖，現對脈沖值與負載壓差的關系再進一步分析。

3.3.2 分流節流閥結構參數對其同步精度的影響

采用上述模型，設定壓差為30MPa，分別以閥芯直徑、對中彈簧剛度、彈簧座直徑、固定節流口直徑以及可變節流口直徑等參數為研究對象在AMESim進行仿真，從而得出參數與AMESIM同步精度的物理關系。

不同閥芯直徑對應的A口與B口流量差曲線如圖5所示。

圖5 不同閥芯直徑對應的A口與B口流量差曲線

圖5中對應的4條曲線的閥芯直徑分別為35mm、40mm、45mm、50mm，從5圖中可以看出隨著閥芯直徑的增大，A口與B口的流量差變小，從而使同步精度值變小，使閥的同步性能提高。

2）彈簧剛度與分流節流閥同步精度的關系

不同對中彈簧剛度對應的A口與B口流量差曲線如圖6所示。

圖6 不同對中彈簧剛度對應的A口與B口流量差曲線

圖6中對應的4條曲線的對中彈簧剛度分別為5N／mm、10N／mm、15N／mm、20N／mm，從圖中可以看出隨著對中彈簧剛度的增大，A口與B口的流量差變大，從而使同步精度值變大，使閥的同步性能降低。

3）彈簧座直徑與分流節流閥同步精度的關系

不同彈簧座直徑對應的A口與B口流量差曲線如圖7。

圖7 不同彈簧座直徑對應的A口與B口流量差曲線

圖7中對應的4條曲線的彈簧座直徑分別為20mm、25mm、30mm、35mm，從圖中可以看出隨著彈簧座直徑的增大，A口與B口的流量差變大，從而使同步精度值變大，使閥的同步性能降低。

4）節流口開度與分流節流閥同步精度的關系

不同可變節流口預設開度對應的A口與B口流量差曲線如圖8所示。

圖8 不同可變節流口預設開度對應的A口與B口流量差曲線

圖8中5條曲線對應的可變節流口預設開度徑分別為1mm、2mm、2.5mm、3mm、4mm，可見隨著可變節流口預設開度的增大，使得流量差增大和同步精度值變大，從而降低了閥的同步性。

5）節流口直徑對分流集流閥同步精度的影響

不同固定節流口直徑對應的A口與B口流量差曲線如下頁圖9所示。

圖9中5條曲線對應的固定節流口直徑分別為4.5mm、4.7mm、5mm、5.3mm、5.5mm，可見隨著固定節流口直徑的增大，使得流量差增大以及同步精度值變大，從而降低了閥的同步性。

圖9 不同固定節流口直徑對應的A口與B口流量差曲線

4 結論

本文利用AMESim建立閥的模型并對其仿真分析可得：

1）閥芯直徑、對中彈簧的剛度、彈簧座直徑、可變節流口預設開度、固定節流口直徑等結構參數都會影響分流集流閥的同步精度。

2）減小彈簧座直徑、固定節流口直徑、可變節流口預設開度、對中彈簧的剛度有利于降低同步精度值，提高閥的同步性能。

3）增加閥芯直徑使閥的受力面積增大有利于降低同步精度值，提高閥的同步性能。

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