负载敏感平衡阀动态特性仿真及参数优化研究

　　在工程机械、起重运输机械等领域中,为了防止负载下降时出现超速危险,通常使用平衡阀来控制负载的下降速度。传统的平衡阀存在着不少缺点:负载较重时,容易出现低频振动,工作平稳性与安全性较差;负载较轻时,控制压力偏高,系统功率损失严重。针对以上问题,文献[1]提出了一种新型的负载敏感平衡阀,该阀一改传统平衡阀的设计理念,使阀口的开度随负载的增加而减小,负载重时,阀口开度减小,使重物平稳下降,负载轻时,阀口开度增大,使控制压力减小,从而产生与负载匹配的背压,其控制压力基本为定值,从而保证在小负载时的功率损耗较小^[2]。作者建立了此平衡阀系统的数学模型,借助于MATLAB/Smi ulink对其动态特性进行了仿真,通过在Smi ulink模块中加入调用MATLAB的优化函数语句,对某些参数进行了优化。

　　1 负载敏感平衡阀工作原理及特点

　　图1为负载敏感平衡阀的平衡回路图,该阀由单向阀、可控节流阀以及液控单向阀三部分组成。该新型平衡阀采用负载敏感原理,将负载产生的压力反馈到可控节流阀控制活塞的一端,控制节流阀的开口量,在保证产生与负载平衡的背压的前提下,使油液全流量通过阀口,保证负载下行平稳^[3],这样就可以从根本上弥补传统平衡阀的缺点。此外,该新型负载敏感平衡阀在静止承载时,由液控单向阀保证负载的长时间定位。

　　1.1 负载敏感平衡阀的工作原理

　　图2为负载敏感平衡阀的结构原理图。

　　对应于图1中换向阀的3个位置,负载敏感平衡阀有3种工况:

　　(1)起升工况。换向阀右位工作时,压力油从A口进入平衡阀,打开单向阀6,从B口进入液压缸下腔,推动负载上升。

　　(2)静止承载工况。换向阀中位工作时,此时系统处于卸荷状态,液控单向阀4在弹簧以及液压缸下腔压力作用下闭合。由于液控单向阀采用锥面密封,所以液压缸可以长时间处于锁定位置。

　　(3)负载下行工况。换向阀左位工作时,压力油进入液压缸上腔,一部分压力油通过C口作用在液控单向阀控制活塞3的右端,打开液控单向阀4。

　　由负载的自重产生的液压缸下腔压力通过平衡阀内部通道作用在控制活塞8的左端,使节流阀7具有相应的开口量,液压缸下腔的油液以全流量通过节流阀以及开启的液控单向阀,从A口回油箱。负载越大,节流阀7开口越小,负载变大,节流阀7的开口随之变大,从而产生一个与负载相适应的背压,使负载平稳全速地下降。

　　1.2 负载敏感平衡阀的结构特点

　　(1)该阀由可控节流阀、液控单向阀、单向阀三部分组成。