流量放大阀工作原理研究

王晓娟 刘灿杰 张志伟

关键词：流量放大、数学模型、仿真分析

中图分类号：TH137

前言

流量放大技术为目前液压系统的一种发展趋势，它仅通过控制先导阀的流量就可实现对主阀的流量进行控制，简化了比例流量阀的结构。如力士乐RCS系列多路阀，其结构如图1所示，伊顿威格士Valvistor比例流量控制插装阀，其结构均采用流量放大技术。本论文对伊顿威格士Valvistor工作原理进行分析，并建立数学模型以及AMEsim仿真模型，对流量放大技术进行深度研究。

1.工作原理

伊顿威格士Valvistor比例流量控制插装阀结构如图2所示，其结构主要有9阀套、8主阀芯和4先导阀组成。其中主阀芯8内包含计量边缘7，通过一条油道将主阀芯上腔3以及下腔1相连通。当B口进油时，油液压力作用在主阀芯8的环形面积10上，由于主阀芯上下腔无压力，主阀芯打开，相当于一个单向阀。当A口进油、先导阀4未通电时，A口油压经过主阀芯8内部油道以及计量边缘7，进入主阀芯上腔3并作用于主阀芯上腔作用面积，由于主阀芯上腔作用面积大于下腔作用面积，主阀芯在上腔油压力作用下，压紧在阀套9上，主阀芯未打开。当先导阀芯得电打开时，主阀上腔液压油经先导阀芯流至油口B，主阀芯上腔压力降低，此时主阀芯在上下腔压力差的作用下向上移动打开。当通过主阀芯内油道流量与通过先导油路流量相等时，主阀芯达到平衡状态，此时主油路经过主阀芯流量与先导阀芯流量成一定比例。当先导油路流量减小时，主阀芯下移，减小通过计量边缘7的流量，直至再次达到平衡状态。

2.数学模型

分别建立主油路以及先导油路的力平衡方程和流量连续性方程，最后得到主油路与先导油路的流量放大系数为：

其中：      q——主油路流量;

qy——先导油路流量;

cdx——主阀芯流量系数;

wx——主阀芯面积梯度;

cdc——计量边缘7流量系数;

wc——计量邊缘7面积梯度;

xi——先导阀芯位移;

PA——主阀芯进油口压力;

PB——主阀芯出油口压力;

由数学模型可知，主油路与先导油路流量放大系数受液动力影响，随着液动力增大而减小。

3.仿真分析

根据Valvistor比例流量控制插装阀结构原理建立仿真模型如图3所示，其中1为主阀芯节流口，2为主阀芯计量边缘节流槽，3为先导电比例流量阀。调节仿真模型参数，分别在考虑液动力和不考虑液动力对主阀芯影响的条件下得到仿真结果如图5所示。

由图4可知，流量放大倍数受液动力影响，液动力会减小流量放大系数。先导电比例流量阀在小流量初始阶段， 由于受主阀芯容腔体积变化对先导控控制油路流量影响较大，导致流量控制特性差，流量不成固定比例。

4.结论

由于流量放大型流量阀在开启过程中，通过先导阀的流量等于通过槽的流量加上主提升阀开口运动排出的流量，导致其开启特性和小流量微动特性差，不适宜应用于对开启特性和小流量微动特性要求较高的场所。且流量放大系数受液动力影响，因此不适宜应用于流量精度要求较高场所。但是在大流量场合，采用流量放大技术，通过控制先导油路小流量来控制主油路大流量，是一个不错的选择，可以在大流量流量控制阀上进行大量推广应用。

另外，流量放大型流量阀流量受负载压力变化影响，可在先导级增加压力补偿阀，降低负载压力变化对油路流量产生影响，增加流量控制精度。

作者简介：王晓娟（1988.10—），女，汉族，籍贯：河南平顶山，硕士学位，中级工程师，长期从事液压阀开发设计工作。