流量放大閥工作原理研究

王曉娟 劉燦杰 張志偉

關鍵詞：流量放大、數學模型、仿真分析

中圖分類號：TH137

前言

流量放大技術為目前液壓系統的一種發展趨勢，它僅通過控制先導閥的流量就可實現對主閥的流量進行控制，簡化了比例流量閥的結構。如力士樂RCS系列多路閥，其結構如圖1所示，伊頓威格士Valvistor比例流量控制插裝閥，其結構均采用流量放大技術。本論文對伊頓威格士Valvistor工作原理進行分析，并建立數學模型以及AMEsim仿真模型，對流量放大技術進行深度研究。

1.工作原理

伊頓威格士Valvistor比例流量控制插裝閥結構如圖2所示，其結構主要有9閥套、8主閥芯和4先導閥組成。其中主閥芯8內包含計量邊緣7，通過一條油道將主閥芯上腔3以及下腔1相連通。當B口進油時，油液壓力作用在主閥芯8的環形面積10上，由于主閥芯上下腔無壓力，主閥芯打開，相當于一個單向閥。當A口進油、先導閥4未通電時，A口油壓經過主閥芯8內部油道以及計量邊緣7，進入主閥芯上腔3并作用于主閥芯上腔作用面積，由于主閥芯上腔作用面積大于下腔作用面積，主閥芯在上腔油壓力作用下，壓緊在閥套9上，主閥芯未打開。當先導閥芯得電打開時，主閥上腔液壓油經先導閥芯流至油口B，主閥芯上腔壓力降低，此時主閥芯在上下腔壓力差的作用下向上移動打開。當通過主閥芯內油道流量與通過先導油路流量相等時，主閥芯達到平衡狀態，此時主油路經過主閥芯流量與先導閥芯流量成一定比例。當先導油路流量減小時，主閥芯下移，減小通過計量邊緣7的流量，直至再次達到平衡狀態。

2.數學模型

分別建立主油路以及先導油路的力平衡方程和流量連續性方程，最后得到主油路與先導油路的流量放大系數為：

其中： ? ? ?q——主油路流量;

qy——先導油路流量;

cdx——主閥芯流量系數;

wx——主閥芯面積梯度;

cdc——計量邊緣7流量系數;

wc——計量邊緣7面積梯度;

xi——先導閥芯位移;

PA——主閥芯進油口壓力;

PB——主閥芯出油口壓力;

由數學模型可知，主油路與先導油路流量放大系數受液動力影響，隨著液動力增大而減小。

3.仿真分析

根據Valvistor比例流量控制插裝閥結構原理建立仿真模型如圖3所示，其中1為主閥芯節流口，2為主閥芯計量邊緣節流槽，3為先導電比例流量閥。調節仿真模型參數，分別在考慮液動力和不考慮液動力對主閥芯影響的條件下得到仿真結果如圖5所示。

由圖4可知，流量放大倍數受液動力影響，液動力會減小流量放大系數。先導電比例流量閥在小流量初始階段， 由于受主閥芯容腔體積變化對先導控控制油路流量影響較大，導致流量控制特性差，流量不成固定比例。

4.結論

由于流量放大型流量閥在開啟過程中，通過先導閥的流量等于通過槽的流量加上主提升閥開口運動排出的流量，導致其開啟特性和小流量微動特性差，不適宜應用于對開啟特性和小流量微動特性要求較高的場所。且流量放大系數受液動力影響，因此不適宜應用于流量精度要求較高場所。但是在大流量場合，采用流量放大技術，通過控制先導油路小流量來控制主油路大流量，是一個不錯的選擇，可以在大流量流量控制閥上進行大量推廣應用。

另外，流量放大型流量閥流量受負載壓力變化影響，可在先導級增加壓力補償閥，降低負載壓力變化對油路流量產生影響，增加流量控制精度。

作者簡介：王曉娟（1988.10—），女，漢族，籍貫：河南平頂山，碩士學位，中級工程師，長期從事液壓閥開發設計工作。