大流量快动控制阀先导阀的设计与仿真

　　0 引言

　　随着高压开关电压参数的提高,对于超高压开关应用大流量快动控制阀没有先例,该阀的难点在于流量大、阀口直径大,动作时间短。因此本文以先导阀为研究对象,建立先导阀数学模型,进行了动态仿真和分析来优化先导阀的设计。

　　1 先导阀的数学模型

　　本先导阀是在直流电磁铁的驱动下推动阀芯运动,使先导阀口打开从而使高压油进入或排出主阀的控制油腔,完成先导级功能。先导阀是一个开关电磁铁驱动的开关阀,阀口属于较标准的锥阀类。其主要工作原理如图1所示。

　　(1)建立阀口流量数学模型

　　阀口流量

　　式中C_d—流量系数;

　　d—阀口孔直径;

　　x—开口大小;

　　ρ—密度;

　　θ—出流方向与轴向的夹角。

　　x>0.0021时节流面积算出来比孔面积还大,这时开口x不再影响流量。

　　(2)阀芯受力平衡方程

　　阀芯受力平衡方程

　　式中F_e—电磁铁对阀芯作用力;

　　F_f—复位弹簧阻力,F_f=k_x+F_f0;

　　F_v—阀芯黏性阻尼力;

　　F_k—液压卡紧力;

　　F_s—稳态液压力(先导阀流量与通径较小,忽略了瞬态液动力),Fs=CdPdxΔpsin2H。

　　2 先导阀的系统响应分析

　　根据以上数学模型,在系统仿真软件AMESim中建立先导阀模型,如图2所示。

　　仿真过程中阀芯两端简化成3个活塞模型,输入活塞直径、杆直径、容腔长度(软参数)。流体设置为考虑不可压缩的流体。密度、温度、黏度指标根据10''航空液压油的相关参数来确定。

　　(1)先导阀压力流量特性

　　初始条件:阀开口为1.5mm,温度变化为-30°C,-10°C,10°C,30°C,50°C(温度变化必然带来黏度变化)。由温度变化的流量曲线图(略)可以看出:温度变化(同时带来油液黏度变化)对此压力流量特性影响非常小。

　　初始条件:黏度为23.2cp,温度变化为30°C,阀开口为1.0,1.25,1.5,1.75,2.0mm。由开口量变化的流量曲线图(略)可以看出:开口量同压力流量曲线密切相关,根据曲线可以看出同等压力下大开口量的流量要大于小开口量的流量。

　　(2)先导阀开启特性

　　主阀初始位置为分闸位置。影响先导阀开启的因素主要有液动力、温度和黏度。

　　先导阀变参分析—液动力

　　模拟实际工况:工作缸行程为200mm。一端直接接高压油,工作面积为1130.4mm²。另一端接主阀出口,工作面积为1661.9mm²。