流量放大阀主阀心复位运动的数值解析

　　装载机是工程机械中使用最多的路面铲运机械,转向液压系统是其最重要的系统之一.目前装载机多采用流量放大转向系统,它具有转向功率大、操作灵活轻便、安全可靠、节能等特点[1-5].由于装载机具有转向频繁、负载惯性大等特点,在其转向停止时刻,转向油缸容易产生较大的油击振动,严重影响转向的安全性和舒适性.而产生油击振动现象的主要原因就是流量放大阀中主阀心复位运动过快及阀口面积变化过快,主阀口关闭过快时,转向缸及其机构的运动惯性能量无法充分转化和释放[1].因此,深入了解主阀心的复位运动过程,对解决主阀心复位过快而产生油击振动现象,以及同类滑阀的结构设计具有一定的指导意义.

　　本文通过流场解析和多项式拟合方法获得主阀心复位运动中的动态液阻力和稳态液动力表达式,进而建立高精度的主阀心复位过程数学模型,利用MATLAB/Simulink软件对其进行数值计算,分析各种因素对主阀心复位过程的影响.

　　1　流量放大阀的工作原理

　　图1a给出了装载机转向液压系统原理简图.主油路油液由转向泵1供给,通过流量放大阀2进入转向缸7;控制油从转向泵1引出,经减压阀10和转向器8进入主阀6的两控制端,实现转向控制.其转向控制为开环控制,可表示为:转向盘9的转速→转向器8的输出流量→主阀6上先导阀口的压差→主阀心位移→主阀口面积→主阀6输出流量→转向缸7的运动速度.转向器8输出的控制油保证主油路中进入转向缸7的流量变化与先导油的流量变化成一定比例放大,实现流量放大,达到低压小流量控制高压大流量的目的.

　　图1b给出了流量放大阀主阀的结构简图,主阀心为具有节流槽的非全周开口滑阀结构,其中部有4组节流槽组合构成的主阀口,其中A1为进油阀口,A2为回油阀口,主阀心端部有先导阀口Ac.主阀两端分别接控制油口L和R,且安装复位弹簧，主阀心最大行程为13 mm,主阀口遮盖量为1.5 mm.当转向盘9转动时,转向器8供给的控制油进入L(或R)腔,在L腔和R腔之间流动时,先导阀口Ac两侧将形成一定的压差,使主阀心从零位向右(或左)运动到一定的开口位置;当转向盘9停止转动时,转向器8切断主阀6两端的控制油,主阀心在复位弹簧力、液阻力及液动力等作用下从一定的开口位置向零位回复.复位过程中,主阀口A1和A2由较大开度快速减小,直至关闭,主阀心的复位过程直接影响主阀口A1和A2的变化过程,从而决定了转向缸7的停止特性.

　　2　主阀心受力分析

　　为了深入了解主阀心的运动特性,需要分析作用在主阀心上各种力的性质及产生原因[6].忽略油液的压缩性和泄漏因素时,流量放大阀主阀心在由一定开口位置向零位复位的过程中,其上的作用力主要有:弹簧力、动态液阻力、液动力、黏性摩擦力、惯性力.