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第 5 期(总第 144 期) 机械工程与自动化 N o 5
2007 年 10 月 M ECHAN ICAL EN G IN EER IN G & AU TOM A T ION O ct
文章编号: 1672 6413 (2007) 05 0029 03
基于M A TLAB 的水压溢流阀动态特性仿真
刘轶, 贺小峰
(华中科技大学机械科学与工程学院, 湖北武汉 430074)
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摘要: 分析2并建立了先导式水压溢流阀动态特性的数学模型, 并在某个稳定工作点对微分方程进行了线性化处
理和拉氏变换。采用M A TLAB 中的Sim ulink 软件对数学模型的方框图进行仿真, 得出主阀阻尼孔直径 d 1、主
阀进口受控容积V 0、导阀入口容积V 1、主阀芯上腔容积V 2 的大小均对阀的动态性能有较大影响。分析结果对
先导式溢流阀的优化设计有一定的指导意义。
关键词: 水压溢流阀; 动态特性; 数学模型; 仿真
中图分类号: TH 137 52+ 1 文献标识码: A
1 概述 d ——导阀阀座孔直径;
溢流阀是液压系统中的重要设备, 其主要作用是 K x ——调压弹簧刚度;
设定系统的工作压力或对系统起过载保护作用。溢流 x 0 ——调压弹簧预压缩量;
阀按其控制方式可以分为直动式和先导式。 x ——导阀阀口开度;
先导式溢流阀相对于直动式溢流阀更加复杂, 由 C 2 ——导阀阀口流量系数;
先导阀和主阀两部分组成。先导阀是阀的重要组成部——导阀阀芯半锥角;
分, 它可以被简单地看成为一个小型的直动式溢流阀, l3 ——导阀口进水中心和出水中心的轴向长度;
调节先导阀中调压弹簧的预紧力可以改变阀的溢流压 m ——导阀阀芯质量;
力。与直动式溢流阀相比, 先导式溢流阀有工作压力——水的密度。
高、流量大、灵敏性好等优点, 因而在各个工业领域
中得到广泛的应用。动态特性是溢流阀的重要性能指
标, 它是指当溢流阀在流量阶跃信号的作用下阀所控
制的系统压力随时间变化的过程, 它决定溢流阀的快
速响应性能, 也影响整个液压系统的动态精度。
2 先导式水压溢流阀的数学模型
2 1 先导式水压溢流阀动态特性方程的建立
图 1 为先导式水压溢流阀的工作原理图。为简化
分析, 作如下假设: ①阀芯的自重忽略不计; ②忽略
阀芯运动时摩擦力的影响。则先导式水压溢流阀的动
态特性可用如下方程表示。
(1) 导阀芯受力平衡方程: 图 1 先导式水压溢流阀的工作原理图
2 (2) 先导阀前腔流量连续性方程:
p 1 d = K x (x 0 + x ) + C 2 d sin ( 2 ) × p 1x +
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V 1 dp 1 dx
q1+ q2= + qx + A 。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)
2 dx d2x E dt dt
l3 d sin × p 1 + m 2 。⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)
dt dt 式中: q1 ——流经主阀阻尼孔的流量, q1 = C n1 a 1 ×
式中: p 1 ——导阀的入口压力;
收稿日期: 2007 01 2