補償閥在工程機械中的運用范文

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1系統(tǒng)模型

負載敏感閥前補償系統(tǒng)的系統(tǒng)原理一般如圖2示，它通常由負載敏感泵、多路閥（負載敏感帶閥前壓力補償功能）、執(zhí)行機構(gòu)和負載反饋單元以及系統(tǒng)輔件等組成。如圖2原理所示，系統(tǒng)啟動后，在多路閥動作之前，系統(tǒng)壓力由負載敏感泵流量控制閥3的彈簧壓力決定，此時該閥彈簧腔所連通的負載壓力為零，系統(tǒng)流量為維持變量泵連續(xù)運行所需最小流量；當(dāng)多路閥6或7動作后，執(zhí)行機構(gòu)的壓力建立起來，隨之負載壓力反饋至流量控制閥3的彈簧腔，于是泵出口壓力增大至約為負載壓力與彈簧壓力之和；當(dāng)多路閥6、7（或多聯(lián)同時動作）時，負載壓力通過邏輯梭閥單元10選擇后進入流量控制閥3的彈簧腔，此時負載反饋壓力為最大負載壓力，泵出口壓力為最大負載壓力與彈簧壓力之和；同時，由于多路閥6、7帶有壓力補償功能，進入各執(zhí)行機構(gòu)的流量由多路閥開度控制，并保持穩(wěn)定。

2壓力補償閥特性仿真

為了對負載敏感系統(tǒng)閥前補償系統(tǒng)進行更深入的分析，針對壓力補償閥不同參數(shù)條件下的工作特性進行仿真研究。以多路閥6、7的壓力補償閥為例，系統(tǒng)主要仿真參數(shù)如表1所示。對于壓力補償閥而言，其主要功能為通過壓力的補償控制來實現(xiàn)對多路閥的流量控制（多路閥開度不變），而影響其壓力控制的主要參數(shù)為補償閥彈簧剛度和彈簧預(yù)緊力。因此，分別設(shè)置不同的彈簧剛度和彈簧預(yù)緊力來觀察壓力補償閥的工作特性。如圖3為彈簧預(yù)緊力為140N，在不同彈簧剛度條件下壓力補償閥閥芯位移，當(dāng)彈簧剛度為5N/mm時，補償閥閥芯位移約為4.2mm；隨著彈簧剛度的增大，補償閥閥芯位移減小，當(dāng)彈簧剛度達到25N/mm時，補償閥閥芯位移約為1.02mm。此時由于負載不變，多路閥前的壓力原則上也是恒定的，但因為增加的彈簧鋼使得閥芯位移減小，即流經(jīng)壓力補償閥油液壓力損失減小，此時泵出口流量將增加以達到壓差平衡。補償閥彈簧預(yù)緊力是決定多路閥壓差的主要參數(shù)，通過改變彈簧預(yù)緊力可以調(diào)節(jié)多路閥兩端壓差，結(jié)合表1中參數(shù)，對不同彈簧預(yù)緊力時壓力補償閥的工作特性進行批處理仿真分析。保持彈簧剛度為5N/mm，變彈簧預(yù)緊力的壓力補償閥仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4中，在100N的彈簧預(yù)緊力作用時，補償閥閥芯位移約為4.9mm，此時壓力補償閥開度較?。辉?40N的彈簧預(yù)緊力作用時，補償閥閥芯位移約為4.2mm（與前分析同）；在180N的彈簧預(yù)緊力作用時，補償閥閥芯位移約為0mm，即補償閥完全關(guān)閉開啟。圖5中可以看出，在負載敏感系統(tǒng)中，當(dāng)負載不變時，改變壓力補償閥彈簧預(yù)緊力，基本不影響泵出口的壓力，只是在過渡狀態(tài)下，壓力出現(xiàn)短時波動，并隨后穩(wěn)定。圖6為變彈簧預(yù)緊力時，泵出口流量的變化曲線，當(dāng)彈簧預(yù)緊力為100N時，泵出口流量約為140L/min，隨后彈簧預(yù)緊力每增加20N，泵出口流量增加約5L/min，并且當(dāng)彈簧預(yù)緊力增加到140N及以上時，泵的出口流量基本保持不變。在彈簧預(yù)緊力為100N，并隨著預(yù)緊力的增加，多閥入口壓力也增大，當(dāng)彈簧預(yù)緊力增大到140N及以上時，多路閥入口壓力基本維持為74bar。隨著彈簧預(yù)緊力從100N往上增加，流經(jīng)多路閥的流量增大，當(dāng)彈簧預(yù)緊力增大到140N及以上時，流經(jīng)多路閥流量基本保持不變。

3系統(tǒng)特性仿真

負載敏感帶閥前補償系統(tǒng)的另一重要特點是非飽和流量下，系統(tǒng)無法實現(xiàn)多路負載同時正?？煽貏幼?。為了模擬系統(tǒng)非飽和流量工況，首先通過設(shè)置兩路負載，其中1#路負載為恒定負載（多路閥6所在回路，為30bar），2#路（多路閥7所在回路）負載從30bar至330bar，中間每組值間隔為60bar，共6組負載，系統(tǒng)由負載敏感泵與閥前壓力補償多路閥控制。變量泵壓力切斷為330bar，變量泵流量控制閥彈簧壓差為20bar。

圖7中，當(dāng)2#路負載為30bar時，該路壓力補償閥閥芯位移為4.2mm，隨著該路負載的增大，壓力補償閥閥芯位移逐漸減小，當(dāng)負載達到負載敏感泵壓力切斷值時，閥芯位移為零。2#路多路閥通過的流量，起初隨著負載的增加其值變化較小，直至其負載達到壓力切斷值時，2#路流量減為零（此時2#沒有流量，該路負載不動作）。在負載壓力小于負載敏感泵壓力切斷值時，多路閥主閥前后壓差為恒定值20bar；當(dāng)負載壓力達到或大于敏感泵壓力切斷值時，多路閥主閥前后壓差為零。隨著2#路負載的增加，1#路多路閥壓力補償閥閥芯不斷增大，從圖8中可以看出，當(dāng)2#負載為30bar時，1#路多路閥壓力補償閥閥芯位移約為4.2mm，當(dāng)2#負載達到壓力切斷時，其位移約為5.8mm。

從以上分析可知，多路閥6和7在現(xiàn)已設(shè)定的補償閥壓差下（現(xiàn)有多路閥開度不變），其穩(wěn)定流量約為75L/min，下面將分析當(dāng)系統(tǒng)流量非飽和狀態(tài)，即系統(tǒng)流量無法同時滿足多路閥6和7同時正常工作所需最小流量時系統(tǒng)流量分配特性。將變量泵排量設(shè)為60mL/r，電機額定轉(zhuǎn)速不變，在系統(tǒng)達到壓力切斷前，系統(tǒng)提供最大流量約為88.8L/min。2#路負載分別設(shè)為30bar，90bar，150bar，210bar，270bar和330bar，1#路負載設(shè)為30bar。由圖9可以得出，當(dāng)2#路負載為30bar時，1#和2#路負載相等，此時，兩路負載工況完全一致，因此兩路流量分配也相同；當(dāng)2#路負載增大時，1#路流量梯度將增大，而且隨著2#負載變化，這種趨勢不變。當(dāng)2#負載為30bar時，1#路多路閥6主閥兩端壓差約為20bar，而隨著2#路負載的增加，其壓差有小幅度的升高，但基本保持不變，只是在壓力建立階段時壓力沖擊較負載為30bar時高；在2#負載小于壓力切斷值時，變量泵出口流量基本不變，約為150L/min，當(dāng)其負載達到變量泵壓力切斷值時，泵出口流量減為約75L/min，即2#路流量減為零，而1#路流量基本不變。

圖9和圖10可以看出，在系統(tǒng)非飽和流量工況下，當(dāng)各路負載一致時，系統(tǒng)流量將平均分配，當(dāng)1#和2#路負載均為30bar時，系統(tǒng)流量平均分配，即1#和2#路分別為44.4L/min；當(dāng)2#負載增大（1#路負載不變），此時2#路負載大于1#路負載，理論上泵出口壓力等于2#路負載值，實際上泵出口壓力無法達到與最大負載間形成20bar壓差；當(dāng)2#路負載為90bar，150bar，210bar時，1#路流量保持約為75L/min，2#流量保持約為15L/min；當(dāng)2#路負載為270bar和330bar時，泵出口壓力約為270bar，此時，1#路和2#路流量約為零。

4結(jié)論

通過對閥前壓力補償閥和負載敏感系統(tǒng)不同工況條件下的模擬仿真，充分掌握了閥前壓力補償閥和負載敏感系統(tǒng)的工作特性，為進一步完成相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計提供了較為完整的技術(shù)依據(jù)。下面就以上仿真研究做總結(jié)如下：（1）閥前壓力補償閥彈簧剛度和彈簧預(yù)緊力是影響其主要工作特性的重要參數(shù)，彈簧預(yù)緊力決定了壓力補償閥的補償壓力，即確定了控制閥口的前后壓差；彈簧剛度對壓力補償閥的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性產(chǎn)生影響，但其無法調(diào)節(jié)控制口壓差；（2）閥前壓力補償閥通過調(diào)節(jié)控制閥口前的壓力，使之與負載壓力保持為設(shè)定壓差值，從而保證了流經(jīng)控制閥的流量與閥口開度呈近乎線性的比例關(guān)系；（3）當(dāng)負載敏感帶閥前壓差補償系統(tǒng)在系統(tǒng)流量飽和工況下，泵出口壓力與最大負載間始終維持為變量泵流量控制閥設(shè)定的壓差值，當(dāng)該設(shè)定值大于閥前壓力補償閥設(shè)定壓差（一般為10bar左右）時，系統(tǒng)將實現(xiàn)對負載的敏感控制，各路負載互不影響，且各路流量由閥口開度決定；（4）當(dāng)負載敏感帶閥前壓差補償系統(tǒng)在系統(tǒng)流量非飽和工況下，如果各路負載一致，則系統(tǒng)流量按各路平均分配；反之，則負載小的一路按正常工況運行，而負載大的一路出現(xiàn)流量不飽和，至最大負載接近變量泵壓力切斷值時，該路流量減小為零。

作者：肖前龍單位：中國鐵建重工集團有限公司