换向活塞式同步阀静动态特性仿真分析

　　同步阀是一种同步组件,能自动分配进入两个或多个液压执行元件中的油液流量,使他们保持位置同步或按一定比例关系运动.采用同步阀的液压系统具有结构简单、成本低、制造容易、可靠性强等优点,因而被广泛用于各种同步回路中.对同步阀静、动态性能的研究可以为高性能同步阀的设计提供重要依据.文献[1]介绍了影响同步阀稳态同步精度的因素,文献[2]通过对同步阀节流口进行线性化处理,建立同步阀的传递函数,得到了同步阀的固有频率及阻尼比.文献[3]利用液压仿真软件AMESim建模对同步阀的动态性能进行了一定的分析.

　　通过对同步阀工作原理的分析,抓住影响同步阀动态性能及同步精度的主要因素,对分析模型进行适当的简化,得到了同步阀的状态空间方程,通过Matlab仿真,分析了影响同步阀动态性能和同步精度的因素.

　　1　换向活塞式同步阀的分析与建模

　　1.1　同步阀的工作原理

　　同步阀的简化分析模型如图1所示,其工作原理是:当负载压力变化引起阀芯移动时,使变节流口各自调整开度,即调整各自的节流压降,从而造成使一对定节流孔前后油液差相等的条件,因而保证流过这一对定节流孔的流量相等.显然,同步阀是利用负载压力反馈的原理,来补偿因负载压力变化而引起流量变化的一种量控制阀,但它只控制流量的分配,不控制流量的大小[4].

　　1.2　同步阀的主要数学方程

　　为便于分析,给出如下假设:(1)假设油源为恒流源,且左右补偿阀芯完全对称;(2)假设油液不可压缩,即不考虑油液弹性模量的影响,对于中低压系统,此假设是合理的;(3)不考虑同步阀的泄漏,对于较大流量同步阀,因泄漏对同步精度及动态性能的影响较微小;(4)不考虑因可变节流口大小的变化所产生的瞬态液动力对同步阀动态性能的影响.

　　固定节流口的流量方程为

　　式中,Cd1为两固定节流孔流量系数;Ps为供油压力;ρ为油液密度;P1(t)为同步阀左腔油压;A1为定节流孔湿周面积;P2(t)为同步阀右腔油压;Q1为流进同步阀左侧的流量;Q2为流进同步阀右侧的流量.

　　可变节流口的流量方程为

　　式中,Cd2为两可变节流孔流量系数;x为阀芯位移;D为主阀芯直径;PA为同步阀左侧负载压力;PB为同步阀右侧负载压力;x0为主阀芯初始密封长度.不考虑流量泄漏及油液的可压缩性,流量连续性方程有

　　式中,Fm为阀芯静摩擦力;Bf为粘性阻尼系数;K为阀芯端对中弹簧刚度;m为阀芯质量;F液为流体液动力，

　　1.3　同步阀状态空间方程

　　由式(1)~(5)解得