补偿阀在工程机械中的运用范文

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1系统模型

负载敏感阀前补偿系统的系统原理一般如图2示，它通常由负载敏感泵、多路阀（负载敏感带阀前压力补偿功能）、执行机构和负载反馈单元以及系统辅件等组成。如图2原理所示，系统启动后，在多路阀动作之前，系统压力由负载敏感泵流量控制阀3的弹簧压力决定，此时该阀弹簧腔所连通的负载压力为零，系统流量为维持变量泵连续运行所需最小流量；当多路阀6或7动作后，执行机构的压力建立起来，随之负载压力反馈至流量控制阀3的弹簧腔，于是泵出口压力增大至约为负载压力与弹簧压力之和；当多路阀6、7（或多联同时动作）时，负载压力通过逻辑梭阀单元10选择后进入流量控制阀3的弹簧腔，此时负载反馈压力为最大负载压力，泵出口压力为最大负载压力与弹簧压力之和；同时，由于多路阀6、7带有压力补偿功能，进入各执行机构的流量由多路阀开度控制，并保持稳定。

2压力补偿阀特性仿真

为了对负载敏感系统阀前补偿系统进行更深入的分析，针对压力补偿阀不同参数条件下的工作特性进行仿真研究。以多路阀6、7的压力补偿阀为例，系统主要仿真参数如表1所示。对于压力补偿阀而言，其主要功能为通过压力的补偿控制来实现对多路阀的流量控制（多路阀开度不变），而影响其压力控制的主要参数为补偿阀弹簧刚度和弹簧预紧力。因此，分别设置不同的弹簧刚度和弹簧预紧力来观察压力补偿阀的工作特性。如图3为弹簧预紧力为140N，在不同弹簧刚度条件下压力补偿阀阀芯位移，当弹簧刚度为5N/mm时，补偿阀阀芯位移约为4.2mm；随着弹簧刚度的增大，补偿阀阀芯位移减小，当弹簧刚度达到25N/mm时，补偿阀阀芯位移约为1.02mm。此时由于负载不变，多路阀前的压力原则上也是恒定的，但因为增加的弹簧钢使得阀芯位移减小，即流经压力补偿阀油液压力损失减小，此时泵出口流量将增加以达到压差平衡。补偿阀弹簧预紧力是决定多路阀压差的主要参数，通过改变弹簧预紧力可以调节多路阀两端压差，结合表1中参数，对不同弹簧预紧力时压力补偿阀的工作特性进行批处理仿真分析。保持弹簧刚度为5N/mm，变弹簧预紧力的压力补偿阀仿真结果如图4～图6所示。

图4中，在100N的弹簧预紧力作用时，补偿阀阀芯位移约为4.9mm，此时压力补偿阀开度较小；在140N的弹簧预紧力作用时，补偿阀阀芯位移约为4.2mm（与前分析同）；在180N的弹簧预紧力作用时，补偿阀阀芯位移约为0mm，即补偿阀完全关闭开启。图5中可以看出，在负载敏感系统中，当负载不变时，改变压力补偿阀弹簧预紧力，基本不影响泵出口的压力，只是在过渡状态下，压力出现短时波动，并随后稳定。图6为变弹簧预紧力时，泵出口流量的变化曲线，当弹簧预紧力为100N时，泵出口流量约为140L/min，随后弹簧预紧力每增加20N，泵出口流量增加约5L/min，并且当弹簧预紧力增加到140N及以上时，泵的出口流量基本保持不变。在弹簧预紧力为100N，并随着预紧力的增加，多阀入口压力也增大，当弹簧预紧力增大到140N及以上时，多路阀入口压力基本维持为74bar。随着弹簧预紧力从100N往上增加，流经多路阀的流量增大，当弹簧预紧力增大到140N及以上时，流经多路阀流量基本保持不变。

3系统特性仿真

负载敏感带阀前补偿系统的另一重要特点是非饱和流量下，系统无法实现多路负载同时正常可控动作。为了模拟系统非饱和流量工况，首先通过设置两路负载，其中1#路负载为恒定负载（多路阀6所在回路，为30bar），2#路（多路阀7所在回路）负载从30bar至330bar，中间每组值间隔为60bar，共6组负载，系统由负载敏感泵与阀前压力补偿多路阀控制。变量泵压力切断为330bar，变量泵流量控制阀弹簧压差为20bar。

图7中，当2#路负载为30bar时，该路压力补偿阀阀芯位移为4.2mm，随着该路负载的增大，压力补偿阀阀芯位移逐渐减小，当负载达到负载敏感泵压力切断值时，阀芯位移为零。2#路多路阀通过的流量，起初随着负载的增加其值变化较小，直至其负载达到压力切断值时，2#路流量减为零（此时2#没有流量，该路负载不动作）。在负载压力小于负载敏感泵压力切断值时，多路阀主阀前后压差为恒定值20bar；当负载压力达到或大于敏感泵压力切断值时，多路阀主阀前后压差为零。随着2#路负载的增加，1#路多路阀压力补偿阀阀芯不断增大，从图8中可以看出，当2#负载为30bar时，1#路多路阀压力补偿阀阀芯位移约为4.2mm，当2#负载达到压力切断时，其位移约为5.8mm。

从以上分析可知，多路阀6和7在现已设定的补偿阀压差下（现有多路阀开度不变），其稳定流量约为75L/min，下面将分析当系统流量非饱和状态，即系统流量无法同时满足多路阀6和7同时正常工作所需最小流量时系统流量分配特性。将变量泵排量设为60mL/r，电机额定转速不变，在系统达到压力切断前，系统提供最大流量约为88.8L/min。2#路负载分别设为30bar，90bar，150bar，210bar，270bar和330bar，1#路负载设为30bar。由图9可以得出，当2#路负载为30bar时，1#和2#路负载相等，此时，两路负载工况完全一致，因此两路流量分配也相同；当2#路负载增大时，1#路流量梯度将增大，而且随着2#负载变化，这种趋势不变。当2#负载为30bar时，1#路多路阀6主阀两端压差约为20bar，而随着2#路负载的增加，其压差有小幅度的升高，但基本保持不变，只是在压力建立阶段时压力冲击较负载为30bar时高；在2#负载小于压力切断值时，变量泵出口流量基本不变，约为150L/min，当其负载达到变量泵压力切断值时，泵出口流量减为约75L/min，即2#路流量减为零，而1#路流量基本不变。

图9和图10可以看出，在系统非饱和流量工况下，当各路负载一致时，系统流量将平均分配，当1#和2#路负载均为30bar时，系统流量平均分配，即1#和2#路分别为44.4L/min；当2#负载增大（1#路负载不变），此时2#路负载大于1#路负载，理论上泵出口压力等于2#路负载值，实际上泵出口压力无法达到与最大负载间形成20bar压差；当2#路负载为90bar，150bar，210bar时，1#路流量保持约为75L/min，2#流量保持约为15L/min；当2#路负载为270bar和330bar时，泵出口压力约为270bar，此时，1#路和2#路流量约为零。

4结论

通过对阀前压力补偿阀和负载敏感系统不同工况条件下的模拟仿真，充分掌握了阀前压力补偿阀和负载敏感系统的工作特性，为进一步完成相关系统的设计提供了较为完整的技术依据。下面就以上仿真研究做总结如下：（1）阀前压力补偿阀弹簧刚度和弹簧预紧力是影响其主要工作特性的重要参数，弹簧预紧力决定了压力补偿阀的补偿压力，即确定了控制阀口的前后压差；弹簧刚度对压力补偿阀的动态和稳态特性产生影响，但其无法调节控制口压差；（2）阀前压力补偿阀通过调节控制阀口前的压力，使之与负载压力保持为设定压差值，从而保证了流经控制阀的流量与阀口开度呈近乎线性的比例关系；（3）当负载敏感带阀前压差补偿系统在系统流量饱和工况下，泵出口压力与最大负载间始终维持为变量泵流量控制阀设定的压差值，当该设定值大于阀前压力补偿阀设定压差（一般为10bar左右）时，系统将实现对负载的敏感控制，各路负载互不影响，且各路流量由阀口开度决定；（4）当负载敏感带阀前压差补偿系统在系统流量非饱和工况下，如果各路负载一致，则系统流量按各路平均分配；反之，则负载小的一路按正常工况运行，而负载大的一路出现流量不饱和，至最大负载接近变量泵压力切断值时，该路流量减小为零。

作者：肖前龙单位：中国铁建重工集团有限公司