分流阀对双缸同步性影响的仿真分析

任印美 李超 韩龙

摘 要：分流阀因成本低、结构简单、故障率小等优点，广泛应用在液压同步回路中。然而，实际使用中分流集流阀的同步误差较大，如何提高分流阀的同步效果就成了工程应用中的一个重要研究内容之一。本文对挂钩式分流阀进行建模仿真，通过研究外负载压力的变化对分流精度的影响、负载流量变化对分流精度的影响、分流集流阀内部结构加工误差对分流精度的影响，从而找出提高分流阀分流精度的措施。

关键词：分流阀;动态性能;仿真

Abstract： Dicerter valvle is widely used in hydraulic synchronous circuit because of  its low cost，simple structure and low failure rate.however，inpractice，the synchronization error of the diverter vlavle is large，and how to improve the synchronization effect of the diverter vlavle has become one of the important research contents in the engineering application.The modeling and Sinmulation of hook type shunt vavle，by studying the changes of the external load pressure affect the accuracy of shunt load flow changes affect the accuracy of shunt vavle internal structure influence of processing error of precision shunt，so as to find out the high presion shunt vavle provided measures.

Keywords： Dicerter valvle; Dynamic property;Simulation

前言

液壓同步回路的同步性是液压领域研究的重要技术难题，常见实现液压执行机构的同步回路包含：分流集流阀、容积式分流器以及位移传感器与伺服阀、比例阀或高速开关阀构成的闭环控制系统，其中分流集流阀（简称分流阀）成本低、结构简单、故障率小、维护方便，因而得到广泛的工程应用。然而，实际使用中分流集流阀的同步误差较大，如何提高分流阀的同步效果就成了工程应用中的一个重要研究内容之一。

1  分流阀的结构原理

挂钩式分流阀是较为常用的分流阀结构之一，其典型结构包括一个固定节流孔和可变节流孔。固定节流孔起检测流量的功用，将固定节流孔前后的压差反映通过的流量。可变节流孔起压力补偿作用，补偿不同负载压力差值，使分流阀分流效果与负载无关。可变节流孔开口量被固定节流孔的孔后压力反馈控制。具体结构如图1所示

2  仿真建模及分析

分流阀的动态特性是一个机械、液压耦合系统的过程，尤其是如果采用传统的传递函数法求解动态过程，求解方程式十分复杂、繁琐。因此，有必要借助专业仿真软件进行仿真研究。

2.1外负载压力的变化对分流集流阀分流精度的影响

为研究外负载对分流集流阀性能的影响，取入口流量50L/min，C1=100bar，C2=0-200bar先升后降一个循环，观察分流集流阀在理想状况下出油口的流量、分流精度、进油口的压力变化的情况。

通过流量变化曲线可知，负载压力大的一侧可变节流口的面积总是处于最大值且保持不变，依靠调节负载压力小的一侧的面积变化来保证两出油口的流量基本相等，负载压力大的属于主动调节，负载压力小的一侧的调节受负载压力大的一侧限制，属于被动调节。所以压力大的一侧的流量稍微高于负载压力小的一侧。

2.2流量变化对分流集流阀精度的影响

在保证外负载压力不变的情况下，研究流量对分流精度的影响，主要使分流集流阀两出油口压力恒定不变，依靠改变入口流量的大小，分析两出口流量的大小来测试其分流精度，这里设定V口流量从10-100L/min先升后降一个循环，C1的压力为50bar恒定不变，C2的压力为80bar恒定不变。仿真数据如下图：

从两组流量的变化曲线可知，分流集流阀的分流精度随着流量的增加分流精度逐渐增强，分流效果越好。

2.3分流集流阀内部结构对分流精度的影响

2.3.1分流集流阀左右两侧固定节流口面积变化对分流精度的影响

分流集流阀在制造过程中会由于制造精度的因素影响其制造误差，下面将从固定节流口直径的制造误差对分流集流阀分流精度的影响进行仿真分析。在保证一侧固定节流口直径不变的情况下，改变另外一侧固定节流口的直径进行仿真。

在分流集流阀两侧固定节流口直径完全相等的情况下，分流集流阀的相对分流误差为1.5%，分流效果较好;固定节流口的1孔直径减小0.1mm时，分流集流阀的相对分流误差增加到4.5%，固定节流口2孔直径减小0.1mm时，分流集流阀的相对分流误差增加到8%。

2.3.2.分流集流阀左右两侧阀芯的摩擦力的变化对分流精度的影响

分流集流阀在调节过程中，阀芯在运动过程中，阀芯与阀体、阀芯在油液粘性摩擦的作用下受到一定的摩擦力，摩擦力大小的不同对分流集流阀的精度影响也不相同，下面将根据摩擦力大小的不同对分流集流阀分流精度进行仿真。下图为QV=60L/min，C1=50bar，C2=80bar的情况下，摩擦力为10N、20N、30N分流集流阀出口流量和分流精度变化曲线。

综合三组曲线，随着摩擦力的增加相对分流误差明显的增加，分流效果变差。当系统摩擦力为10N时，分流集流阀的相对分流误差为3.5%;当系统摩擦力为20N时，分流集流阀的相对分流误差为6%;当系统摩擦力变为30N时，分流集流阀相对分流误差为8%。

2.4小结

通过对影响分流阀同步性的因素：外负载压力的变化、负载流量变化、分流集流阀内部结构加工误差等进行仿真，得出如下结论：

1. 负载压差越大，分流阀的调整时间就越长、超调量大，分流精度越差;通过增加动态阻尼（如两腔增加小阻尼贯通），减小系统超调量可有效减少累计误差;

2. 负载流量越大，固定节流孔前后压差就越大，系统分流误差越小。在一定负荷扰动时，适当减少固定节流口和可变节流口的面积，即增加各节流口的分流压差，可降低初始分流误差，动态过程中的分流误差也随之降低。

3. 阀芯加工精度对分流精度有决定性影响，减小阀芯定位弹簧刚度可减少稳态分流误差而增加动态过程中的分流误差。同时，减轻阀芯质量、适当加大阀芯截面积，可提高分流阀的灵敏度和响应速度，响应时间缩短，则动态过程中的累计分流误差减少。

3  试验对比

试验主要做了以下几个方面：1、分流集流阀两路的不等负载及流量对同步误差率的影响;2、不同负载下，在分流集流阀两路贯通不同阻尼在不同流量下对分流集流阀同步误差率的影响。主要结论如下：

1.试验结果可以看出，分流集流阀两路负载对同步误差率影响很大，因此在双缸同步系统中应尽可能减小两缸的偏载;

2.系统的流量对同步误差率影响也较大，特别是流量（30L/min）较小时，同步误差率（30%）更大。减少偏载大造成的同步误差率大;另外还应合理的选择分流集流阀的额定流量。

4  结论

本文对挂钩式分流阀进行建模仿真，通过研究外负载压力的变化对分流精度的影响、负载流量变化对分流精度的影响、分流集流阀内部结构加工误差对分流精度的影响，从而找出提高分流阀分流精度的措施。

参考文献：

[1]  吴根茂等.新编实用电液比例技术[M].浙江：浙江大學出版社.2006.

[2]  李壮云.液压元件与系统[M].机械工业出版社.2012

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