直动式水压溢流阀的动态特性分析与试验

　　0　引言

　　直动式水压溢流阀因其结构简单,工作可靠而在水液压系统中有广泛的应用[1-2].华中科技大学于2002年研制出额定压力为14 MPa、流量40 L/min的直动式水压溢流阀[3],它采用了带阻尼腔的锥阀结构,以增加阀心运动阻尼,提高阀的工作稳定性.本文对该水压溢流阀的动态性进行了理论分 析,并通过静态性能和动态性能试验证明其具有良好的综合性能.

　　1　直动式水压溢流阀结构原理和特点

　　直动式水压溢流阀的结构原理如图1所示.它通过调节螺杆改变调压弹簧的预压缩量,就可以设定水压溢流阀的工作压力.该阀在结构上有如下特点:

　　a.阻尼杆与阀心接触处采用球面结构,可使作用在阀心上的弹簧力自动对心,并保证阀口关闭时的密封性能.

　　b.阻尼杆与阻尼套之间设置了阻尼腔,增大了阀心的运动阻尼,提高了水压溢流阀的工作稳定性[1].

　　c.阀心采用带导向圆柱面的锥阀结构.导向圆柱面可减小阀心开启后的侧向振摆以及由此产生的振动和哨叫;阀心锥面与导向圆柱面之间的过渡锥面所承受的高压水射流力可抵消部分稳态液动力,从而可提高溢流阀的压力控制精度.

　　d.阻尼杆与阻尼套采用金属-高分子材料的组合,使该摩擦副避免发生粘着磨损.

　　2　直动式水压溢流阀的动态特性方程

　　忽略系统中其它元件动态特性的影响,不计摩擦力、流体的粘性阻尼及流体质量,并假定溢流阀出口压力为零,则直动式水压溢流阀的动态特性可用以下方程表示[4].

　　a.阀口流量方程.

　　b.阀心力平衡方程.

　　c.阀口流量连续性方程.

　　d.阻尼腔流量方程[3].

　　e.阻尼腔流量连续性方程.

　　式(1)~式(6)中各符号的意义如下:

　　x阀心位移

　　p溢流阀入口压力

　　p₁阻尼腔的压力

　　ρ水的密度

　　β水的弹性模量

　　A阀口的作用面积

　　d阀口的作用直径

　　A₁阻尼杆大圆柱面的面积

　　A₂阻尼杆小圆柱面的面积

　　k调压弹簧刚度

　　x₀调压弹簧预压缩量

　　m阀心质量

　　Δq溢流阀输入流量

　　V1阻尼腔容积

　　V泵出口至溢流阀阀口的管路容积

　　ε阻尼杆相对于阻尼套中心的偏心率

　　d₁,d₂阻尼杆大、小圆柱面的直径

　　Δr₁,Δr₂阻尼套与阻尼杆大、小圆柱配合面处的半径间隙