一種新型集成閥在泵欠流量工況下的仿真分析

一種新型集成閥在泵欠流量工況下的仿真分析

0壓力補(bǔ)償閥原油短缺車(chē)系統(tǒng)是一項(xiàng)低污染車(chē)系統(tǒng)。通常，水泵用于控制各種工作表的運(yùn)行。為了使多個(gè)工作表能夠更好地實(shí)現(xiàn)組合動(dòng)作，通常會(huì)向主閥芯添加壓力補(bǔ)償閥，以確保每個(gè)通道的流量只與主閥的打開(kāi)量有關(guān)，而不受負(fù)荷壓力的影響。每個(gè)工作表可以同時(shí)運(yùn)行。隨著液壓元件的標(biāo)準(zhǔn)化和小型化,集成化和模塊化的液壓回路順應(yīng)了時(shí)代的要求。由螺紋插裝閥組成的塊式集成控制閥,可以通過(guò)功能單元按需配置和靈活附加,其個(gè)性化的設(shè)計(jì)已經(jīng)在各液壓系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用1補(bǔ)償壓力補(bǔ)償閥圖1為一種常見(jiàn)的高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)圖,液壓泵1從油箱吸油,提供液壓系統(tǒng)所需的動(dòng)力,塊式集成閥11控制轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)、臂架變幅和臂架伸縮等動(dòng)作,電比例流量閥2控制各工作機(jī)構(gòu)所需的流量,壓力補(bǔ)償閥3保證各機(jī)構(gòu)能很好地進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作,電磁換向閥4控制各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作方向。9為三通補(bǔ)償閥,當(dāng)各機(jī)構(gòu)不動(dòng)作時(shí),液壓泵1的流量通過(guò)三通補(bǔ)償閥9以一個(gè)很低的補(bǔ)償壓力卸荷;當(dāng)有機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí),通過(guò)單向閥將負(fù)載的壓力引到三通補(bǔ)償閥9,液壓泵1以負(fù)載壓力加補(bǔ)償壓力向系統(tǒng)提供所需的流量,多余的流量通過(guò)三通補(bǔ)償閥9溢流到油箱在GKS202壓力補(bǔ)償閥失去作用滑閥閥口流量方程其中:C為流量常數(shù);A為滑閥開(kāi)口面積;ΔP為滑閥口兩端壓差;ρ為油液密度。設(shè)ΔP為常值,則流量Q只與主閥的開(kāi)口面積A成正比。對(duì)圖1的系統(tǒng)進(jìn)行分析,壓力補(bǔ)償閥3的作用是保證電比例流量閥2的兩端壓差恒定,從而使流過(guò)電比例流量閥2的流量只與閥開(kāi)口(也就是控制電流)大小有關(guān)系,而與負(fù)載力的大小無(wú)關(guān)。在塊式集成閥11中,回轉(zhuǎn)、臂架變幅和伸縮的壓力補(bǔ)償閥的補(bǔ)償壓力相同,從而保證各機(jī)構(gòu)可以很好地進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。但是,整車(chē)調(diào)試的結(jié)果表明,當(dāng)手柄開(kāi)度增大、變幅和伸縮都需要大流量的時(shí)候,變幅和伸縮的動(dòng)作協(xié)調(diào)性遭到破壞,也就說(shuō)明壓力補(bǔ)償閥失去了作用。圖2為采用AMESim建立的圖1所示系統(tǒng)的仿真模型圖3為仿真模型中兩個(gè)支路的控制手柄輸入信號(hào)(輸入信號(hào)相同)曲線,設(shè)定仿真時(shí)間為20s,電比例流量閥5由關(guān)閉到全開(kāi),仿真采樣時(shí)間為0.1s。圖4為變幅和伸縮油缸活塞桿的速度曲線,在0s~15s臂架變幅和臂架伸縮的速度隨著手柄信號(hào)的增大而加快,15s~20s臂架伸縮的速度依然隨著手柄信號(hào)的增加而加快,臂架變幅的速度卻越來(lái)越慢。進(jìn)一步分析,臂架變幅的壓力為16MPa,臂架伸縮的壓力為8.6MPa,在0s~15s兩個(gè)動(dòng)作可以同時(shí)進(jìn)行而互不干擾,證明壓力補(bǔ)償閥此時(shí)是起作用的。15s以后臂架伸縮的速度越來(lái)越快,臂架變幅的速度越來(lái)越慢,證明低壓側(cè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)搶了高壓側(cè)的油液,即壓力補(bǔ)償閥失去了作用。從圖5的壓力曲線也可以看出這一點(diǎn),0s~15s變幅和伸縮比例流量閥兩端的壓差相等,復(fù)合動(dòng)作正常進(jìn)行,15s~20s泵供油不足出口壓力下降,變幅和伸縮比例流量閥的出口壓力也下降,但是伸縮比例流量閥兩端的壓差要大于變幅比例流量閥兩端的壓差,因此在同樣的閥開(kāi)口下,油液優(yōu)先流向伸縮側(cè),而變幅側(cè)的油液則越來(lái)越少。3臂架變幅和臂架伸縮壓的壓力針對(duì)上述現(xiàn)象,常用的解決措施是加大泵的排量,使泵的輸出流量滿足多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作的流量需求。GKS20高空作業(yè)車(chē)在后期的調(diào)試中,將泵的排量由20mL/r換成了30mL/r,結(jié)果所有的復(fù)合動(dòng)作正常進(jìn)行。圖6為泵排量為30mL/r時(shí)變幅和伸縮油缸的活塞桿速度仿真曲線。從圖6中可以看出,臂架變幅和臂架伸縮的速度始終隨著手柄信號(hào)的增大而加快,復(fù)合動(dòng)作正常進(jìn)行。但是增大泵的排量必然會(huì)消耗更多的功率,產(chǎn)生更多的熱量,使溫升加快,從而產(chǎn)生一系列影響。本文針對(duì)這一現(xiàn)象,在不改變泵排量的情況下,提出了一種塊式集成控制閥的改進(jìn)方案,控制閥改進(jìn)后的高空作業(yè)車(chē)液壓系統(tǒng)AMESim仿真模型如圖7所示。表2為改進(jìn)后的補(bǔ)償閥參數(shù),其不同點(diǎn)是閥芯初始位置由0.7mm變成0mm,即補(bǔ)償閥的開(kāi)口由常開(kāi)式變成常閉式。圖8為集成閥改進(jìn)后的變幅和伸縮油缸的活塞桿運(yùn)動(dòng)速度曲線,在0s~15s的速度曲線與閥未改進(jìn)時(shí)的相同,15s~20s變幅和伸縮的速度不再增加,而是同時(shí)保持不變,并沒(méi)有出現(xiàn)圖4中所示的伸縮的速度越來(lái)越快,變幅的速度越來(lái)越慢的現(xiàn)象。從圖9的壓力曲線也可以看出,當(dāng)泵欠流量時(shí)只是泵出口的壓力降低,變幅和伸縮比例流量閥的出口壓力兩者相等且保持不變,也即變幅和伸縮的比例流量閥前、后壓差相等,從而保證了復(fù)合動(dòng)作的正常進(jìn)行。4插裝閥改進(jìn)設(shè)計(jì)現(xiàn)有的由螺紋插裝閥組成的高空作業(yè)車(chē)控制閥,在泵欠流量狀態(tài)下不能很好地進(jìn)行復(fù)合動(dòng)作。本文針對(duì)這一現(xiàn)象,提出了一種新的集成控制閥塊的組合方法,即將壓力補(bǔ)償閥由常開(kāi)式變成常閉式,并對(duì)油路稍作改