1、装备制造与教育第三十七卷二O二三年第三期总第一百三十二期工程技术研究与应用主持：周杰EQUIPMENTMANUFACTURINGANDEDUCATION在液压传动系统中袁 分流集流阀是控制流量精度的主要元件遥分流集流阀也称同步阀袁是集液压分流阀尧集流阀功能于一体的独立液压器件袁主要应用于同步控制液压系统中遥 通常实现同步运动的方法很多袁 但其中以采用分流集流阀-同步阀的同步控制液压系统具有结构简单尧成本低尧制造容易尧可靠性强等许多优点袁 因而在液压系统中得到了广泛的应用1-4遥收稿日期2022-09-13作者简介陶柳渊1986-冤袁男袁四川工程职业技术学院交通系讲师曰研究方向院机电液一体化遥分
2、流集流阀建模及仿真分析陶柳1袁刘加勇2袁曹怀明2渊1 四川工程职业技术学院交通工程系袁四川德阳618000冤渊2 机械工业教育发展中心袁北京100055冤摘要针对某型号分流集流阀在偏载工况下同步精度低的问题袁对阀工作原理进行了详细的分析袁建立了阀及其回路 AMESim 仿真模型袁通过恒压差尧变压差工况对模型进行了验证分析袁进一步仿真分析了固定节流口直径对阀同步精度的影响遥关键词AMESim曰分流集流阀曰同步精度曰参数优化中图分类号院TH137.7文献标志码院AModeling and SimulationAnalysisof Diverter and Collector ValveTao Li
3、u1,Liu Jiayong2,Cao Huaiming2(1 Sichuan Engineering Technical College,Deyang,Sichuan,618000,China2 Education Development Centerof Machinery Industry,Beijing,100055,China)Abstract:For a certain type shunt collector valve under partial load conditions of the problem of low precisionand the analysis of
4、 valve working principle in detail,we established the AMESim simulation model of valveand its circuit,through the verification of the working condition of constant pressure difference and pressuredifference analysis model,further simulation analysis of the fixed throttle mouth diameter of valvesynch
5、ronization accuracy.The simulation results show that in a certain range,with the increase of the diameterof the fixed throttle,the branch displacement deviation increases gradually and the system synchronizationaccuracy decreases.When the diameter of the fixed throttle increases from 1.8mm to 2.2mm,
6、the branchdisplacement deviation increases from 2.171mm to 4.145mm.Key words:AMESim;shunt collecting valve;synchronization accuracy;parameter optimization044装备制造与教育第三十七卷二O二三年第三期总第一百三十二期图 2分流集流阀性能试验系统 AMESim 仿真模型工程技术研究与应用主持：周杰目前袁 国内外对分流集流阀研究工作主要集中在二个方面院一是理论研究5曰二是阀的关键参数对动态特性的影响分析6遥 上述研究对分流集流阀的设计及优化有重要
7、的参考价值袁 然而由于实际工况不同袁执行元件的偏载尧液压元件的制造误差尧其他元件的结构不同尧以及液压油的泄漏等外界因素袁高精度低成本的同步控制袁依然非常难得遥鉴于此袁 本研究在分析分流集流阀工作原理的基础上袁 建立了阀及其回路 AMESim 仿真模型袁并对影响阀同步精度的关键参数进行仿真分析遥 为分流集流阀结构优化设计及选型提供参考遥1分流集流阀工作原理图 1 为某型号分流集流阀各工况剖面结构原理图袁该型分流集流阀主要由弹簧座尧端盖尧弹簧尧卡簧尧换向活塞尧阀体尧阀芯尧固定节流孔和可变节流孔等结构组成遥工作原理主要基于负载压差反馈袁工作过程包括分流和集流两个工况袁具体工作工程如下院如图 1渊a冤
8、所示为某型号分流工况袁液压油由 P口流入阀内袁 经过固定节流孔 c1尧c2袁 可变节流孔a1尧b2袁由工作油口 A尧B 至执行元件袁驱动负载遥 若A尧B 出口负载相等袁则有吟p1=吟p2袁p1=p2袁p1=p2袁此时阀芯在正中间袁 可变节流口 a1 和 b2 通流面积相等袁QA=QB曰若 A 出口负载增加袁则有吟p1约吟p2袁p1跃p2袁p1跃p2袁此时阀芯在压力差作用下袁向右移动袁此时可变节流口 a1 通流面积增加袁压损降低袁b2 通流面积降低袁压损增加袁直至吟p1=吟p2袁阀芯重新处于平衡位置袁进而使 QA=QB袁达到等量分流的作用袁反之亦然遥如图 1渊b冤所示为某型号集流工况袁液压油由
9、A口尧B 口同时流入阀内袁 经过可变节流孔 a2尧b1袁固定节流孔 c1尧c2袁汇集后由出口 T 回油箱遥若 A尧B 出口负载相等袁则有吟p1=吟p2袁p1=p2袁p1=p2袁此时阀芯在正中间袁 可变节流口 a2 和 b1 通流面积相等袁QA=QB曰 若 A 出口负载增加袁 则有吟p1跃吟p2袁p1跃p2袁p1跃p2袁此时阀芯在压力差作用下袁向右移动袁此时可变节流口 a2 通流面积降低袁压损增加袁b1 通流面积增加袁压损降低袁直至吟p1=吟p2袁阀芯重新处于平衡位置袁进而使 QA=QB袁达到等量集流的作用袁反之亦然遥2AMESim 建模及仿真分析2.1模型建立本研究以某型分流集流阀为例袁 根据
10、阀的结构及工作原理袁利用 AMESim 仿真平台提供的元件设计库平台袁 搭建分流集流阀性能试验系统仿真模型7-8袁如图 2 所示袁主要结构参数设置如表 1 所示遥2.2仿真分析2.2.1仿真验证分析等压差工况院支路 1渊左冤尧支路 2渊右冤液压缸保1-弹簧座曰2-端盖曰3-弹簧曰4-卡簧一曰5-换向活塞曰6-卡簧二曰7-阀体曰8-阀芯曰c1袁c2-固定节流孔曰a1袁a2袁b1袁b2-可变节流孔图 1某型号分流集流阀各工况剖面结构原理图渊a冤分流工况渊b冤集流工况陶柳，刘加勇，曹怀明分流集流阀建模及仿真分析045装备制造与教育第三十七卷二O二三年第三期总第一百三十二期工程技术研究与应用主持：周杰
11、持负载均为 5000N袁工作压力为 2.6MPa袁两缸负载偏差为 0MPa曰三位四通换向阀前 5s 处于左位袁此时分流阀为分流工况袁 后 5s 三位四通换向阀处于右位袁此时分流阀为集流工况遥 设定仿真时间为 10s袁仿真结果如图 3尧图 4 所示遥图 3尧 图 4 分别为各支路流量变化曲线及各支路流量偏差变化曲线遥仿真结果表明院在负载偏差为0MPa 时袁 分流工况下两支路的流量偏差均为0.00098L/min袁位移偏差为 0.00065m袁集流工况下两支路的流量偏差均为 0.00097L/min袁 位移偏差为0.00136m遥将结果代入式渊1冤同步精度误差计算表示式院渊1冤式中院Q1为支路 1
12、 流量袁Q2为支路 2 流量袁Qp为泵出口流量遥求得该型分流集流阀分流尧 集流同步精度误差为0.0065%袁与样本参数中精度要求值基本一致6遥变负载偏差工况院支路 1渊左冤液压缸保持负载10s 内由 0N 增加到 10000N袁工作压力由 0MPa 增加到5.2MPa袁支路 1渊左冤液压缸保持负载恒为 0N袁工作压力恒为 0MPa袁两缸负载偏差 10s 内由 0MPa 增加到 5.2MPa曰 三位四通换向阀 10s 恒处于左位袁分流阀为分流工况遥 设定仿真时间为 10s袁仿真结果如图 5 所示遥图 5 为各支路负载偏差尧 流量偏差及位移偏差变化曲线遥 仿真结果表明院在负载偏差由 0MPa 增加
13、到 5.2MPa 时袁分流工况下两支路的流量偏差由 0L/min 增加到 0.238L/min袁 位移偏差由 0mm 增加到0.00382m袁将结果代入式渊1冤得到阀分流同步精度误差由 0%增加到 0.377%遥由分析结果可知袁随着负载偏差压力的增加袁分流集流阀同步精度逐步降低遥2.2.2关键参数影响与分析研究表明9袁分流集流阀同步精度主要受阀芯直径尧弹簧刚度尧阀芯质量尧节流口直径等参数有关袁其中固定节流口直径影响尤其明显遥 鉴于文章篇幅的限制袁 本文主要针对固定节流口直径对阀同步精度的影响进行优化分析遥 为分析一定范围内不同结构参数值对阀在偏载下同步精度的影响袁 设定仿真工况如下院支路 1渊
14、左冤液压缸保持负载恒为 10000N袁工作压力为 5.2MPa曰支路 1渊左冤液压缸保持负载恒为 5000N袁 工作压力为 2.6MPa袁 两缸负载偏差2.6MPa曰三位四通换向阀 10s 恒处于左位袁分流阀为分流工况遥保持其它阀参数为表 2 设定值不变袁 利用AMESim 批处理功能袁 设定左右固定节流口直径分别为 1.8mm袁1.9mm袁2.0mm袁2.1mm袁2.2mm遥 仿真得到不同固定节流口直径下支路位移偏差曲线袁 如图6 所示遥图 6 表明袁 固定节流口直径对系统同步精度影表 1参数设置模块名称 参数大小 固定节流孔直径 4mm 可变节流孔直径 2mm P 口节流孔直径 5mm 阀
15、芯极限位移 5mm 弹簧刚度 1N/mm 左、右腔弹簧腔容积 1cm3 阀芯直径 15mm 阀芯质量 0.03kg 压力源 10MPa 图 3各支路流量变化曲线图 5各支路负载偏差尧流量偏差及位移偏差变化曲线图 4各支路流量偏差及位移偏差变化曲线陶柳，刘加勇，曹怀明分流集流阀建模及仿真分析046装备制造与教育第三十七卷二O二三年第三期总第一百三十二期图 6不同固定节流口直径下位移偏差变化曲线渊a冤固定节流口直径为 1.8mm渊b冤固定节流口直径为 1.9mm渊c冤固定节流口直径为 2.0mm渊d冤固定节流口直径为 2.1mm渊e冤固定节流口直径为 2.2mm工程技术研究与应用主持：周杰响大遥
16、在一定范围内袁固定节流口直径增加袁支路位移偏差逐渐增大袁系统同步精度降低院固定节流口直径 1.8mm 增 加 到 2.2mm 时 袁 支 路 位 移 偏 差 由2.171mm 增加到 4.145mm遥3结论针对某型号分流集流阀在偏载工况下同步精度低的问题袁对阀工作原理进行了详细的分析袁建立了阀及其回路 AMESim 仿真模型并进行了验证及优化仿真分析遥 得到如下研究结论院渊1冤在负载偏差为 0MPa 时袁分流尧集流工况下同步精度误差均为 0.0065%袁满足样本的要求遥渊2冤随着负载偏差压力的增加袁分流集流阀同步精度逐步降低院在负载偏差由 0MPa 增大到 5.2MPa时袁阀分流同步精度误差由
17、 0%增加到 0.377%渊3冤在负载偏差恒为 5.2MPa 时袁在一定范围内袁固定节流口直径增加袁支路位移偏差逐渐增大袁系统同步精度降低院固定节流口直径 1.8mm 增加到 2.2mm时袁支路位移偏差由 2.171mm 增加到 4.145mm遥参考文献1贾剑峰.分流集流阀在全液压平地机中的应用研究D.长安大学袁2009院76-77.2罗艳蕾.液压同步回路及同步系统的实现方法J.气动液压袁2004渊9冤院45-48.3任大林.液压同步控制系统控制方法及应用研究J.2009渊9冤院75-81.4孙振军.液压同步工作的控制措施J.建筑机械.2009袁11院56-59.5成凯袁马彪袁郑慕侨.液压分流阀的静动态性能研究J.机械设计袁2001渊6冤院21-24.6罗琴琴.FJL-B10H 型分流集流阀的关键参数分析及其同步精度研究D.哈尔滨工业大学袁2019.7张文升袁王军利援任志贵袁常红梅袁李托雷袁雷帅.基于AMESim 的防振液压安全阀设计与试验研究J.液压与气动袁2019渊4冤院21-26援8 付永领袁 祁晓野.AMESim 系统建模和仿真从入门到精通M.北京院航空航天大学出版社袁2005.9方子帆袁朱陈袁马振豪袁基于 AMESim 的液压分流集流阀的动态特性研究J.三峡大学学报袁2014渊6冤院81-84援陶柳，刘加勇，曹怀明分流集流阀建模及仿真分析047
