先导式纯水溢流阀仿真与试验研究

    0 前言

    纯水液压技术以过滤后的自然水为工作介质实现动力传递，不含任何添加剂，具有来源广泛、环境友好、清洁安全的独特优势，是国际上流体传动与控制领域最新的发展方向之一[1]。其中先导式溢流阀作为纯水液压系统压力调节的关键元件，亦成为了研究重点。

    先导式纯水溢流阀为准确地控制纯水液压系  国家自然科学基金(50805011)和中央高校基本科研业务费专项(2009QN051)资助项目。20091222 收到初稿，20100620 收到修改稿统中的压力，必须具有足够的控制精度和动态品质[2]。与矿物油相比，水具有腐蚀性强、粘度低、汽化压力高等特点，因此研制先导式纯水溢流阀时要克服气蚀、腐蚀、磨损和泄漏等关键技术问题[3-4]。为解决上述问题，设计出了具有高压引流和二级节流的结构的先导式纯水溢流阀。

    在 AMESim 软件中，该阀的上述结构无法用单个元件表示，须通过多个元件的组合来表示。本文对先导式纯水溢流阀的静动态特性进行了仿真，并将仿真结果与试验结果进行对比分析。仿真中，发现阀内部参数改变，引起阀入口压力的改变，但不同的参数引起变化的程度不同，文中分析了主要影响参数引起变化的原因。

    1 先导式纯水溢流阀结构与数学模型

    1.1 先导式纯水溢流阀的结构分析

    先导式纯水溢流阀的结构如图 1 所示。本阀包括椭球阀口的主阀和锥形阀口的先导阀，以及先导阀液阻 5 和主阀液阻 10。该阀的结构特点是为减轻气蚀，在主阀阀芯设有高压引流孔，以及依靠阀芯和阀套的共同作用进行二级节流。为减少泄漏，本阀采用 O 形圈密封。

    1.2 先导式纯水溢流阀的数学模型

    在建立数学模型时，只考虑阀自身的结构参数，而忽略阀测试系统中管路与其他零件对其动态特性的影响，同时假定溢流阀的出口压力为零，则溢流阀的动态特性如下所述[5]。

    主阀口锥阀形式的流量方程

式中 q₃——流经主阀的锥阀阀口流量

    A_d——主阀口打开后流通面积

    L ——遮蔽量

    D_s——锥阀端直径

    δ ——主阀锥阀与阀套的配合间隙

    μ ——动力粘滞

    x₁——阀芯移动位移

    C_d——锥阀的流量系数

    p₁——入口处的压力

    p₃——主阀一级节流后的压力

    ρ ——流体密度

    θ ——锥阀的锥度

    主阀高压引流孔的流量方程