新型液壓平衡閥性能概述 上海申弘閥門有限公司
摘要:介紹了某新型液壓平衡閥工作原理,用功率鍵合圖法建立了該閥的動態(tài)模型,并轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程,用Matlab對液壓平衡閥動態(tài)特性進(jìn)行了數(shù)字仿真,研究了該平衡閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對其動態(tài)性能的影響,所得出的結(jié)論可指導(dǎo)產(chǎn)品的工程設(shè)計。 關(guān)鍵詞:平衡閥;鍵合圖;液壓系統(tǒng);仿真中圖分類號 液壓平衡閥能隨時建立與變化負(fù)載相平衡的背壓,能實現(xiàn)液壓油缸或液壓馬達(dá)在負(fù)載作用下運(yùn)動限速、閉鎖,也能防止因油管破裂或制動失靈而使重物自由下落造成事故,因此應(yīng)用十分廣泛[1]。國外典型產(chǎn)品有日本生產(chǎn)的BLG型平衡閥、德國生產(chǎn)的FD型平衡閥等。國內(nèi)產(chǎn)品大多是20世紀(jì)七八十年代仿國外制造的,普遍存在低頻抖動、控制壓力偏高、工作平穩(wěn)性差、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜等問題,不能滿足大噸位工程機(jī)械的性能要求。國內(nèi)有關(guān)院校和研究單位對平衡閥進(jìn)行過理論和試驗研究,但一直未能研制出理想的平衡閥產(chǎn)品。本課題研究的新型液壓平衡閥是在參考了國內(nèi)外各種平衡閥結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,為適應(yīng)目前國內(nèi)大噸位起重機(jī)雙缸變幅系統(tǒng)的需要而提出來的,有重要工程實用價值。圖1平衡閥工作原理示意圖新型液壓平衡閥工作原理如圖1所示,新型液壓平衡閥由主閥、控制閥及兩個保持閥構(gòu)成,主閥(單向閥)和控制閥同軸布置,處于平衡閥閥體的中心線上,而兩個保持閥相對于主閥芯和控制閥芯的中心線呈對稱分布[2]。主閥采用錐面密封,大大提高了密封性;保持閥閥芯、主閥閥芯、控制閥閥芯上開設(shè)阻尼孔,改善了平衡閥的運(yùn)動穩(wěn)定性;控制閥芯增加一個剛度系數(shù)較小的彈簧保證控制閥芯能快速回位。負(fù)載下降時,一部分液壓油被泵入油缸的上腔(有桿腔),另一部分液壓油作為控制油,推動控制閥閥芯移動,油缸下腔(無桿腔)的液壓回油則經(jīng)保持閥、主閥流回油箱,負(fù)載下降。當(dāng)重物超速下降時,造成油缸上腔供油不足,壓力降低,使得控制閥閥芯左端的油壓降低,在彈簧力的作用下,主閥閥芯左移,主閥閥芯與閥體之間的節(jié)流面積減小,回油阻力加大,負(fù)載下降速度變慢,后主閥閥芯、控制閥閥芯和控制壓力之間達(dá)到了一種動態(tài)平衡,重物不至液壓平衡閥能隨時建立與變化負(fù)載相平衡的背壓,能實現(xiàn)液壓油缸或液壓馬達(dá)在負(fù)載作用下運(yùn)動限速、閉鎖,也能防止因油管破裂或制動失靈而使重物自由下落造成事故,因此應(yīng)用十分廣泛 有重要工程平衡閥工作原理示意圖 新型液壓平衡閥工作原理 如圖1所示,新型液壓平衡閥由主閥、控制閥及兩個保持閥構(gòu)成,主閥(單向閥)和控制閥同軸布置,處于平衡閥閥體的中心線上,而兩個保持閥相對于主閥芯和控制閥芯的中心線呈對稱分布[2]。主閥 采用錐面密封,大大提高了密封性;保持閥閥芯、主閥閥芯、控制閥閥芯上開設(shè)阻尼孔,改善了平衡閥的運(yùn)動穩(wěn)定性;控制閥芯增加一個剛度系數(shù)較小的彈簧保證控制閥芯能快速回位。負(fù)載下降時,一部分液壓油被泵入油缸的上腔(有桿腔),另一部分液壓油作為控制油,推動控制閥閥芯移動,油缸下腔(無桿腔)的液壓回油則經(jīng)保持閥、主閥流回油箱,負(fù)載下降。當(dāng)重物超速下降時,造成油缸上腔供油不足,壓力降低,使得控制閥閥芯左端的油壓降低,在彈簧力的作用下,主閥閥芯左移,主閥閥芯與閥體之間的節(jié)流面積減小,回油阻力加大,負(fù)載下降速度變慢,后主閥閥芯、控制閥閥芯和控制壓力之間達(dá)到了一種動態(tài)平衡,重物不至于失速,保證了載荷平緩下降。負(fù)載上升時,液壓油頂開主閥閥芯,經(jīng)保持閥到液壓油缸下腔,推動油缸活塞上移,油缸上腔回油,實現(xiàn)載荷舉升。
新型液壓平衡閥動態(tài)建模鍵合圖法基本原理 功率鍵合圖是在20世紀(jì)60年代末和70年代初發(fā)展起來的一種動力學(xué)新方法[3!5],這種方法能以 統(tǒng)一的方式處理多種能量形式并存的工程系統(tǒng),圖形描述與數(shù)學(xué)描述的統(tǒng)一性及系統(tǒng)狀態(tài)方程建立的格式化方式,使其在各類系統(tǒng)動態(tài)建模中得到了廣泛應(yīng)用。功率鍵合圖定義了4個廣義變量(勢變量 11)控制閥前腔液阻R2、 油缸活塞與缸壁之間的摩擦阻尼系數(shù)R4,保持閥前腔液阻R11、可變阻尼系數(shù)R12、保持閥閥芯與閥體之間的摩擦阻尼系數(shù)R18、保持閥后腔液阻R23;主閥進(jìn)油腔液阻R26、可變阻尼系數(shù)R34、主閥后腔液阻R30、控制閥旁腔液阻R37、主閥閥芯與閥體之間的摩擦阻尼系數(shù)R42。其中:穩(wěn)態(tài)時間為0.1906s,這些性能指標(biāo)反映了新型液壓平衡閥響應(yīng)快速、動態(tài)過程持續(xù)時間短、系統(tǒng)響應(yīng)過程較平穩(wěn)。圖4!圖8為油缸活塞桿運(yùn)動速度隨新型液壓平衡閥部分結(jié)構(gòu)參數(shù)變化的仿真曲線。圖4、6、7表明隨著控制閥閥芯中腔阻尼孔直徑、主閥節(jié)流口面積梯度、主閥彈簧剛度的增大,活塞桿速度的變化增大,上升時間變化不大、峰值時間減小,響應(yīng)加快,但超調(diào)量增大,平穩(wěn)性降低;圖5表明保持閥前腔閥芯的直徑變化對油缸活塞桿的動態(tài)性能影響不大;圖8表明隨著負(fù)載質(zhì)量增大,活塞桿響應(yīng)速度的上升時間變化不大,峰值時間增大,超調(diào)量增大,動態(tài)穩(wěn)定性降低。 4結(jié)論 鍵合圖理論以狀態(tài)方程作為數(shù)模形式,可以方便地進(jìn)行程序化建模與計算機(jī)仿真,建模過程中選取的狀態(tài)變量正是系統(tǒng)要求的部分物理量(如油缸活塞桿的運(yùn)動速度)。仿真結(jié)果反映了新型液壓平衡閥動態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)量較小,平穩(wěn)性好。大量的仿真試驗表明,隨著控制閥阻尼孔直徑、主閥節(jié)流口面積梯度、主閥彈簧剛度的增加,平衡閥的動態(tài)響應(yīng)加快,平穩(wěn)性降低。以上結(jié)論對平衡閥的產(chǎn)品設(shè)計提供了理論依據(jù)。如還想了解更多平衡閥資料,請點(diǎn)擊減壓閥查看。 參考文獻(xiàn): [1PederPedersen.strategiesforstabilizationofflowControlsystemwithCounterbalancevalves[M].fluidPowernetInternational,2000. [2]蔣波.新型組合式平衡閥動、靜態(tài)特性計算機(jī)仿真與產(chǎn)品研制[D].長沙交通學(xué)院,1999. [3]王中雙.鍵合圖理論及其在系統(tǒng)動力學(xué)中的應(yīng)用[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2000.[4]布倫德爾.鍵合圖在工程建模中的應(yīng)用[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,1990. [5]潘亞東.鍵合圖概論—一種系統(tǒng)動力學(xué)方法[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1990. [6]賀尚紅,鐘掘.管道流體的瞬態(tài)仿真模型[J].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2000(4). [7]陳桂明,張明照.應(yīng)用MATLAb建模與仿真[M].北京:科學(xué)出版社,2001 |