先导式水压溢流阀静动态特性的仿真研究

　　0 前言

　　先导式水压溢流阀面临腐蚀和腐蚀磨损、气蚀、泄漏和拉丝侵蚀以及振动、噪声和工作稳定性等关键技术问题^[1]。本课题组采取了如下技术措施: (1)主阀芯采用带圆弧的平端锥阀结构。(2)主阀的锥角较小,并且阀芯锥角大于阀座锥角。(3)为减小气穴的发生及其危害,主阀口采用两级节流口结构。(4)选择硬度高的材料,主阀芯的材料为沉淀硬化不锈钢17-4PH;阀套采用铝青铜QA19-4;主阀阀座采用TX材料;阀体均采用不锈钢1Cr18Ni9Ti。(5)在主阀芯与主阀套之间加组合密封件。(6)阀口处选择合适硬度的材料配对,材料的硬度越高,抗拉丝侵蚀的能力越强,尽可能提高阀芯和阀座硬度。(7)在主阀口前设置固定节流孔。

　　1 先导水压溢流阀的结构原理

　　先导水压溢流阀工作原理如下:

　　水从溢流阀进口X处进入,通过主阀阻尼孔2到达主阀的后腔Y,当电磁换向阀不工作时(常开型),水从主阀后腔Y中开设的通道流往球式换向阀的P口,经P口流往A口然后流往溢流阀的Z口回出水口,此时会在主阀芯前后腔产生压差,从而使主阀芯打开,此为卸荷过程。

　　当球式电磁换向阀工作时(电磁铁得电),推动钢球往右使P口关闭,断开P到A口的通道,此时水经过主阀阻尼孔2到达主阀的后腔Y后,再流经先导阀阻尼孔4到达先导阀芯3的前腔,当压力达到先导阀的调定压力时,先导阀打开溢流,此时由于阻尼孔2的原因,从X处流到Y处的水产生压力损失,Y处的压力小于X处的压力,从而使主阀芯1受力不平衡而开启,开始溢流^[2-4]。

　　2 静态分析

　　(1)主阀阀口节流方程

　　式中:Q_g为主阀芯的溢流量;X₁₀为主阀芯开口量;C₁为主阀芯节流口的流量系数; p_1max为进油口压力;A₁为主阀芯阀口处锥角半角。

　　(2)主阀芯受力平衡方程

　　式中:K_t1为主阀弹簧刚度; p_2Q为主阀芯后腔压力;X_t1为主阀弹簧预压缩量; A₁为主阀芯前腔承压面积;A₂为主阀芯后腔承压面积; F_k为液压卡紧阻力;[p_1Q]为主阀开启压力。

　　(3)阻尼孔节流方程

　　式中:p₁为主阀开启压力; p₂为主阀后腔压力; Q₂为开启压力时的溢流量;T为水的运动粘度; a₀为阻尼孔面积。

　　(4)导阀阀口节流方程

　　式中:C₂为导阀阀口流量系数; D_m2为导阀座平均孔径, D_m2=(D₁₃+D₁₄) /2;A2为导阀芯锥角半角; X2为导阀的开口量; p3为导阀前腔压力。