阻尼的设置对液压阀稳定性的研究.pdf

２０１６ 年 ２ 月 第 ４４ 卷 第 ４ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｆｅｂ􀆱 ２０１６ Ｖｏｌ􀆱 ４４ Ｎｏ􀆱 ４ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－３８８１􀆱 ２０１６􀆱 ０４􀆱 ０２９ 收稿日期 ２０１５－０１－０７ 作者简介 郭辉 （１９８２）， 男， 工程师， 主要从事液压技术科研工作。 Ｅ－ｍａｉｌ ｇｕｏｈｕｉ＿ａｖｉｃ＠ １６３􀆱 ｃｏｍ。 阻尼的设置对液压阀稳定性的研究 郭辉， 杨上保， 徐华 （中航工业机电系统公司南京机电液压系统部， 江苏南京 ２１１１０６） 摘要 对液压阀中普遍存在的不稳定现象进行研究， 并提出解决方案， 即设置阻尼结构。 通过设计计算、 仿真分析以 及试验对比验证了阻尼结构对液压阀稳定性的影响。 关键词 液压阀稳定性； 阻尼； ＡＭＥＳｉｍ 仿真 中图分类号 ＴＨ１３７􀆱 ５２ 文献标志码 Ａ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ４－０９２－２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄａｍｐｅｒ ｆｏｒ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｖａｌｖｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ＧＵＯ Ｈｕｉ， ＹＡＮＧ Ｓｈａｎｇｂａｏ， ＸＵ Ｈｕａ （Ｃｈｉｎａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｊｉｎｃｈｅｎｇ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１１１０６， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ａ ｐｒｏｐｏｓａｌ ｗａｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｄａｍｐｅｒ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｓｅｔ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄａｍｐｅｒ ｔｏ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ， ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｌｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； Ｄａｍｐｅｒ； ＡＭＥＳｉｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 阻尼结构在液压产品尤其是液压阀中的应用主要 有小孔阻尼及环形缝隙阻尼， 文中将对环形缝隙阻尼 对液压阀稳定性的影响进行研究， 通过对某型液压阀 设置阻尼结构前后进行的 ＡＭＥＳｉｍ 仿真分析以及试验 验证来研究阻尼设置之前与之后阀的稳定性。 １ 阻尼的设计与计算 图 １ 是 ４ 种典型阻尼的原理图。 图 １ ４ 种典型的阻尼原理 根据文中所涉及的液压阀的具体结构， 结合以上 ４ 种阻尼的原理， 对涉及的液压阀进行了阻尼结构的 设置， 如图 ２ 所示。 图 ２ 阻尼结构设置的示意图 对图 ２ 中左侧所示结构的液压阀进行了试验验 证， 出现了活塞工作不稳定、 颤振的现象， 给液压阀 通压后活塞会以不固定的频率出现往复动作， 使整个 阀及试验台处于不稳定的状态。 根据此液压阀在液压系统里的功能以及对阀本身 的结构进行分析， 发现该阀出口处的压力变化较大， 从而导致阀进口和出口的压降出现变化， 而此液压阀 的结构特点决定了它对压降的变化比较敏感， 压降的 变化导致了活塞往复的运动。 为了解决对压降敏感的 问题， 必须设置液压阻尼对活塞的运动加以限制。 可 将活塞简化成为一个弹簧振子， 它在工作时是极不稳 定的， 但是如图 ３ 所示， 在弹簧振子里设置阻尼器 后， 弹簧振子的特性将趋于稳定。 图 ３ 设置阻尼器的弹簧振子 如图 ４ 所示， 液压阀开启即活塞向右运动时， 活 塞与壳体接触的过程即是阻尼腔里的液压油从环形缝 隙里被挤出的过程， 液压油较慢的挤出速度使活塞与 壳体接触时产生了缓冲。 如图 ５ 所示， 液压阀关闭即活塞向左运动时， 活 塞与壳体分离的过程即是液压油从环形缝隙进入阻尼 腔的过程， 液压油较慢的进入速度使活塞与壳体分离 时产生了缓冲， 使活塞的运动更加稳定， 抵消了压力 脉动的影响。 图 ４ 液压阀开启时阻 尼腔状态变化 图 ５ 液压阀关闭时阻 尼腔状态变化 活塞与壳体之间的环形缝隙的流量方程是 ｑ ＝ πｄ ｄ － ｄ０ ２ ３ Δｐ １２μＬ （１） 式中 μ 为液体的动力黏度； Δｐ 为活塞阻尼处的压差， Δｐ＝Δｐ１ －Δｐ ２； ｄ 为壳体内壁直径； ｄ０为活塞最大直径； Ｌ 为活塞阻尼结构段宽度。 阻尼腔的最大体积为 Ｑ， 根据公式 （１） 阻尼腔 体积从 ０ 增大到最大所需的时间为 ｔ ＝ Ｑ ｑ ＝ Ｑ πｄ ｄ － ｄ０ ２ ３ Δｐ １２μＬ （２） 由公式 （２） 可以看出 阻尼设置后活塞从一个 限制位置运动到另外一个限制位置所需要的时间 ｔ 和 活塞的最大直径及壳体的内径尺寸相关， 通过调整 ｄ 和 ｄ０大小可以控制活塞的运动时间， 但是如果 ｄ 和 ｄ０设置得不合适， 则会引起活塞与壳体之间产生摩 擦， 甚至出现卡死的现象。 ２ ＡＭＥＳｉｍ 仿真分析 图 ６ 和图 ７ 是使用 ＡＭＥＳｉｍ 搭建的设置阻尼之前 与之后的液压阀结构模型。 图 ６ 未设置阻尼的模型 图 ７ 设置了阻尼的模型 图 ８、 图 ９ 是设置阻尼之前与之后活塞的位移对 比以及流量变化的对比。 图 ８ 活塞位移曲线 图 ９ 液压阀流量变化曲线 从图 ８ 可以看出 液压阀设置阻尼以前活塞极不 稳定， 在 ０􀆱 ６～０􀆱 ９ ｍｍ 内抖动； 设置阻尼之后活塞的 位移基本稳定在 ０􀆱 ７ ｍｍ。 从图 ９ 可以看出 液压阀设置阻尼以前流经液 压阀的流量极不稳定， 在 ５～ ６５ Ｌ／ ｍｉｎ 内剧烈变化； 设置阻尼之后液压阀的流量基本稳定在 ３５ Ｌ／ ｍｉｎ。 通过以上 ＡＭＥＳｉｍ 仿真结果可以非常直观地看出 阻尼的设置对液压阀的稳定性起到了非常关键的 作用。 ３ 结论 经过反复的尺寸修改、 仿真模拟以及试验验证， 最终确定了活塞与壳体的最佳配合尺寸， 既能彻底解 决液压阀工作不稳定的问题， 同时又能防止过小的环 形间隙配合导致活塞与壳体卡死， 以最小的结构更改 解决了液压阀的不稳定现象， 为同类液压阀工作不稳 定现象的改进提供了借鉴。 参考文献 ［１］ 雷天觉．液压工程手册［Ｍ］．北京机械工业出版社， １９９０． ［２］ 成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京化学工业出版社， ２００２． ［３］ 范存德．液压技术手册［Ｍ］．沈阳辽宁科学技术出版 社，２００４． ３９第 ４ 期郭辉 等 阻尼的设置对液压阀稳定性的研究