分流閥對雙缸同步性影響的仿真分析

任印美 李超 韓龍

摘 要：分流閥因成本低、結(jié)構(gòu)簡單、故障率小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在液壓同步回路中。然而，實際使用中分流集流閥的同步誤差較大，如何提高分流閥的同步效果就成了工程應(yīng)用中的一個重要研究內(nèi)容之一。本文對掛鉤式分流閥進(jìn)行建模仿真，通過研究外負(fù)載壓力的變化對分流精度的影響、負(fù)載流量變化對分流精度的影響、分流集流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工誤差對分流精度的影響，從而找出提高分流閥分流精度的措施。

關(guān)鍵詞：分流閥;動態(tài)性能;仿真

Abstract： Dicerter valvle is widely used in hydraulic synchronous circuit because of ?its low cost，simple structure and low failure rate.however，inpractice，the synchronization error of the diverter vlavle is large，and how to improve the synchronization effect of the diverter vlavle has become one of the important research contents in the engineering application.The modeling and Sinmulation of hook type shunt vavle，by studying the changes of the external load pressure affect the accuracy of shunt load flow changes affect the accuracy of shunt vavle internal structure influence of processing error of precision shunt，so as to find out the high presion shunt vavle provided measures.

Keywords： Dicerter valvle; Dynamic property;Simulation

前言

液壓同步回路的同步性是液壓領(lǐng)域研究的重要技術(shù)難題，常見實現(xiàn)液壓執(zhí)行機構(gòu)的同步回路包含：分流集流閥、容積式分流器以及位移傳感器與伺服閥、比例閥或高速開關(guān)閥構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中分流集流閥（簡稱分流閥）成本低、結(jié)構(gòu)簡單、故障率小、維護(hù)方便，因而得到廣泛的工程應(yīng)用。然而，實際使用中分流集流閥的同步誤差較大，如何提高分流閥的同步效果就成了工程應(yīng)用中的一個重要研究內(nèi)容之一。

1 ?分流閥的結(jié)構(gòu)原理

掛鉤式分流閥是較為常用的分流閥結(jié)構(gòu)之一，其典型結(jié)構(gòu)包括一個固定節(jié)流孔和可變節(jié)流孔。固定節(jié)流孔起檢測流量的功用，將固定節(jié)流孔前后的壓差反映通過的流量?？勺児?jié)流孔起壓力補償作用，補償不同負(fù)載壓力差值，使分流閥分流效果與負(fù)載無關(guān)?？勺児?jié)流孔開口量被固定節(jié)流孔的孔后壓力反饋控制。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示

2 ?仿真建模及分析

分流閥的動態(tài)特性是一個機械、液壓耦合系統(tǒng)的過程，尤其是如果采用傳統(tǒng)的傳遞函數(shù)法求解動態(tài)過程，求解方程式十分復(fù)雜、繁瑣。因此，有必要借助專業(yè)仿真軟件進(jìn)行仿真研究。

2.1外負(fù)載壓力的變化對分流集流閥分流精度的影響

為研究外負(fù)載對分流集流閥性能的影響，取入口流量50L/min，C1=100bar，C2=0-200bar先升后降一個循環(huán)，觀察分流集流閥在理想狀況下出油口的流量、分流精度、進(jìn)油口的壓力變化的情況。

通過流量變化曲線可知，負(fù)載壓力大的一側(cè)可變節(jié)流口的面積總是處于最大值且保持不變，依靠調(diào)節(jié)負(fù)載壓力小的一側(cè)的面積變化來保證兩出油口的流量基本相等，負(fù)載壓力大的屬于主動調(diào)節(jié)，負(fù)載壓力小的一側(cè)的調(diào)節(jié)受負(fù)載壓力大的一側(cè)限制，屬于被動調(diào)節(jié)。所以壓力大的一側(cè)的流量稍微高于負(fù)載壓力小的一側(cè)。

2.2流量變化對分流集流閥精度的影響

在保證外負(fù)載壓力不變的情況下，研究流量對分流精度的影響，主要使分流集流閥兩出油口壓力恒定不變，依靠改變?nèi)肟诹髁康拇笮?，分析兩出口流量的大小來測試其分流精度，這里設(shè)定V口流量從10-100L/min先升后降一個循環(huán)，C1的壓力為50bar恒定不變，C2的壓力為80bar恒定不變。仿真數(shù)據(jù)如下圖：

從兩組流量的變化曲線可知，分流集流閥的分流精度隨著流量的增加分流精度逐漸增強，分流效果越好。

2.3分流集流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)對分流精度的影響

2.3.1分流集流閥左右兩側(cè)固定節(jié)流口面積變化對分流精度的影響

分流集流閥在制造過程中會由于制造精度的因素影響其制造誤差，下面將從固定節(jié)流口直徑的制造誤差對分流集流閥分流精度的影響進(jìn)行仿真分析。在保證一側(cè)固定節(jié)流口直徑不變的情況下，改變另外一側(cè)固定節(jié)流口的直徑進(jìn)行仿真。

在分流集流閥兩側(cè)固定節(jié)流口直徑完全相等的情況下，分流集流閥的相對分流誤差為1.5%，分流效果較好;固定節(jié)流口的1孔直徑減小0.1mm時，分流集流閥的相對分流誤差增加到4.5%，固定節(jié)流口2孔直徑減小0.1mm時，分流集流閥的相對分流誤差增加到8%。

2.3.2.分流集流閥左右兩側(cè)閥芯的摩擦力的變化對分流精度的影響

分流集流閥在調(diào)節(jié)過程中，閥芯在運動過程中，閥芯與閥體、閥芯在油液粘性摩擦的作用下受到一定的摩擦力，摩擦力大小的不同對分流集流閥的精度影響也不相同，下面將根據(jù)摩擦力大小的不同對分流集流閥分流精度進(jìn)行仿真。下圖為QV=60L/min，C1=50bar，C2=80bar的情況下，摩擦力為10N、20N、30N分流集流閥出口流量和分流精度變化曲線。

綜合三組曲線，隨著摩擦力的增加相對分流誤差明顯的增加，分流效果變差。當(dāng)系統(tǒng)摩擦力為10N時，分流集流閥的相對分流誤差為3.5%;當(dāng)系統(tǒng)摩擦力為20N時，分流集流閥的相對分流誤差為6%;當(dāng)系統(tǒng)摩擦力變?yōu)?0N時，分流集流閥相對分流誤差為8%。

2.4小結(jié)

通過對影響分流閥同步性的因素：外負(fù)載壓力的變化、負(fù)載流量變化、分流集流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工誤差等進(jìn)行仿真，得出如下結(jié)論：

1. 負(fù)載壓差越大，分流閥的調(diào)整時間就越長、超調(diào)量大，分流精度越差;通過增加動態(tài)阻尼（如兩腔增加小阻尼貫通），減小系統(tǒng)超調(diào)量可有效減少累計誤差;

2. 負(fù)載流量越大，固定節(jié)流孔前后壓差就越大，系統(tǒng)分流誤差越小。在一定負(fù)荷擾動時，適當(dāng)減少固定節(jié)流口和可變節(jié)流口的面積，即增加各節(jié)流口的分流壓差，可降低初始分流誤差，動態(tài)過程中的分流誤差也隨之降低。

3. 閥芯加工精度對分流精度有決定性影響，減小閥芯定位彈簧剛度可減少穩(wěn)態(tài)分流誤差而增加動態(tài)過程中的分流誤差。同時，減輕閥芯質(zhì)量、適當(dāng)加大閥芯截面積，可提高分流閥的靈敏度和響應(yīng)速度，響應(yīng)時間縮短，則動態(tài)過程中的累計分流誤差減少。

3 ?試驗對比

試驗主要做了以下幾個方面：1、分流集流閥兩路的不等負(fù)載及流量對同步誤差率的影響;2、不同負(fù)載下，在分流集流閥兩路貫通不同阻尼在不同流量下對分流集流閥同步誤差率的影響。主要結(jié)論如下：

1.試驗結(jié)果可以看出，分流集流閥兩路負(fù)載對同步誤差率影響很大，因此在雙缸同步系統(tǒng)中應(yīng)盡可能減小兩缸的偏載;

2.系統(tǒng)的流量對同步誤差率影響也較大，特別是流量（30L/min）較小時，同步誤差率（30%）更大。減少偏載大造成的同步誤差率大;另外還應(yīng)合理的選擇分流集流閥的額定流量。

4 ?結(jié)論

本文對掛鉤式分流閥進(jìn)行建模仿真，通過研究外負(fù)載壓力的變化對分流精度的影響、負(fù)載流量變化對分流精度的影響、分流集流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)加工誤差對分流精度的影響，從而找出提高分流閥分流精度的措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?吳根茂等.新編實用電液比例技術(shù)[M].浙江：浙江大學(xué)出版社.2006.

[2] ?李壯云.液壓元件與系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社.2012

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