液压阀动态特性试验回路仿真研究

　　前 言

　　动态特性试验是液压阀重要的型式试验项目。压力阀、流量阀动态特性试验方法类似，阶跃加载阀快速由开至关，在被试阀进(或出)口产生一个阶跃流量(或压力)激励信号，作为被试阀动态响应的输入信号。为了尽量真实的反映被试阀本身的动态特性，试验标准对试验条件做了三个方面的规定。

　　(1)被试阀和试验回路相关部分所组成油腔的表观容积刚度;

　　(2)阶跃加载阀与被试阀之间的相对位置;

　　(3)阶跃加载阀关闭时间(又称加载时间常数)。

　　试验标准规定加载时间常数不应超过被试阀响应时间的 10%，最长不超过 10 ms，要求比较高。阶跃加载回路任一环节设计不当都可能导致加载时间常数过大。因此，本文重点研究如何满足规定(3)的要求。

　　1 液压系统设计

　　1.1 设定工况

　　以溢流阀流量阶跃变化时进口压力响应特性试验为研究对象。设定试验流量 q 为 200 L/min，试验压力 p 为 31.5 MPa。

　　1.2 构建液压系统

　　建立如图 1 所示液压系统。元件 1-7 构成阶跃加载回路。元件 8-11 构成主油路。二通插装阀 5 为阶跃加载阀。从机能上说，液控单向阀及二通插装阀都可作为阶跃加载阀。但二者工作原理不同，液控单向阀靠控制油卸荷实现关闭，二通插装阀利用控制油建压实现关闭。阶跃加载回路主要参数设定见表1。

　　2 阶跃加载阀运动分析

　　二通插装阀结构如图 2 所示。阀芯由开到关时，其运动方程为

　　式中，L 为阀芯移动距离;a 为阀芯运动加速度;t 为图阀芯运动时间;F 为阀芯所受合力;m 为阀芯质量;p1为进油口压力;p2为出油口压力;Ac为控制腔承压面积;A1为阀芯进油口承压面积;A2为阀芯出油口承压面积。

　　由于二通插装阀出油口接油箱，压力 p2接近 0，因此式(5)可简化为

　　由式(6)可得出下列结论：

　　1) 阀芯行程 L 越短，质量 m 越小，则阀芯关闭越快;

　　2) 增大控制腔作用力，可以提高关闭速度;

　　3) 减小进油口作用力，可以提高关闭速度。

　　由于换向阀动作时间、油液压缩性等因素，控制腔压力建立是需要一定时间的，阀芯实际关闭动作是个复杂的过程。下面利用 AMEsim 对系统进行建模及仿真，动态分析阶跃加载回路各环节结构及参数对加载时间常数的影响。

　　3 AMEsim 建模

　　二通插装阀模型由 HCD 库元件搭建，其他液压元件在 Hydraulic 库选择，建立的系统模型如图 3。