多路阀主阀口流量控制特性及液控单向阀启闭过程的研究

摘要

非全周开口滑阀是液压阀的基本结构形式之一，广泛用于工程机械液压主控制阀中。通过合理配置节流槽可实现对流量的多级节流控制，从而得到丰富的多级阀口面积曲线，用于不同工况下液压缸或液压马达对运动速度的要求。非全周开口滑阀阀口流量特性是高品质液压控制阀设计的关键环节。
　　 本文针对挖掘机主控制阀KVMG270，首先对其主阀芯上存在的新型节流槽(UX、X、J、O、UU1、UU2形节流槽)进行了阀口面积公式的推导以及程序的编写，分析了新型节流槽阀口面积变化特点，并对主阀芯上中位回油阀口，进出油阀口进行了阀口面积计算，得到主阀芯位移±10mm时的阀口面积变化曲线，总结了阀口面积配置原则。其次对该阀P1阀体上主阀芯的各个阀口流量系数进行计算，运用数值解析方法得出中位回油阀口，进出油阀口的流量系数，总结其变化规律，并且计算磨损后阀口流量系数，分析磨损前后流量系数变化特性。最后运用参数“阀口流量面积”分析该阀的流量控制特性。
　　 液控单向阀是平衡回路中的关键元件之一，广泛应用于现代工程机械中，尤其在起重机械中。液控单向阀的性能优劣直接影响平衡回路中负载的上升、定位及下降动作。实际工况中，容易出现换向阀换至中位时，液控单向阀不能立即关闭，导致油缸继续下滑，造成执行机构定位不准确。本文对atos的AGRL-32液控单向阀进行了建模，并建立带有该阀的平衡回路AMESim仿真模型，仿真计算最终获得液控单向阀在特定工况下的动态响应曲线。针对平衡回路中出现的油缸下滑现象，分析了液控单向阀主阀芯，卸荷小阀芯，控制活塞的复位弹簧对液控单向阀启闭特性的影响，并找到原因，得到解决办法。
　　 本论文的主要内容如下:
　　 第一章，概述了本课题研究背景及意义;阐述了非全周开口滑阀阀口面积和流量系数计算的研究现状和存在的问题;概述了平衡回路中液控单向阀存在的问题。综述了本论文的主要研究内容。
　　 第二章，针对挖掘机主控制阀KVMG270，对其主阀芯上存在的新型节流槽进行阀口面积公式推导和编程，再对主阀芯上各个阀口进行阀口面积计算和分析，最后总结出阀口面积配置原则。
　　 第三章，针对KVMG270的P1阀体上主阀芯各个阀口进行流量系数计算，运用流场仿真技术进行阀口流量压差特性仿真试验，得出阀芯位移±10mm时各口流量系数曲线，总结流量系数变化规律。并且计算阀口磨损后的流量系数，比较磨损前流量系数，分析其变化特性。最后运用“阀口流量面积”的概念进行阀口流量特性分析。
　　 第四章，对液控单向阀在实际应用中存在的问题进行仿真与分析。运用AMESim软件对atos的AGRL-32液控单向阀进行了建模，并建立带有该阀的平衡回路的AMESim仿真模型并进行仿真，得到液控单向阀在设定工况下的动态响应曲线。针对系统中油缸下滑现象，仿真分析了液控单向阀主阀芯、卸荷小阀芯、控制活塞的复位弹簧对液控单向阀启闭特性的影响，找到原因并得到解决办法。
　　 第五章，总结对该论文的研究工作和研究成果，展望了今后的研究工作。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 液压技术在工程机械中广泛应用

1．1．2 挖掘机是最重要的工程机械之一

1．1．3 主控制阀是挖掘机的重要元件

1．1．4 非全周开口滑阀广泛应用于工程机械液压主控制阀中

1．2 液压阀阀口面积以及流量系数特性的研究现状

1．3 液控单向阀是平衡回路的关键元件

1．3．1 工程机械中平衡回路应用广泛

1．3．2 液控单向阀的研究现状

1．4 论文的主要内容

第2章 非全周开口滑阀阀口面积的计算

2．1 几种新型节流槽阀口面积计算原则的确定

2．1．1 等截面节流槽阀口面积计算原则

2．1．2 X形节流槽

2．1．3 UX形节流槽阀口面积

2．1．4 J形节流槽阀口面积

2．1．5 O形节流槽阀口面积

2．1．6 几种新型节流槽阀口面积的特点

2．2 新型二节矩形节流槽阀口面积的确定和计算原则

2．2．1 新型二节矩形节流槽阀口面积计算原则

2．2．2 UU1形节流槽阀口面积

2．2．3 UU2形节流槽阀口面积

2．2．4 新型二节矩形节流槽阀口面积的特点

2．3 算法推广

2．4 KVMG270主阀阀口面积计算结果分析

2．4．1 对称性在阀口面积上的体现

2．4．2 回油再生在阀口面积上的体现

2．5 阀口面积配置原则

2．5．1 阀口面积配置意义

2．5．2 典型节流槽阀口面积特性

2．5．3 滑阀阀口面积配置原则

2．5．4 阀口面积配置流程

2．6 本章小结

第3章 非全周开口滑阀阀口流量系数的研究

3．1 建模与仿真

3．1．1 三维建模

3．1．2 流场仿真

3．1．3 计算结果处理

3．2 各阀芯流量系数计算结果与分析

3．2．1 TRAVEL1阀芯各阀口流量系数

3．2．2 OPTION阀芯各阀口流量系数

3．2．3 SWING阀芯各阀口流量系数

3．2．4 BOOM2阀芯各阀口流量系数

3．2．5 ARM1阀芯各阀口流量系数

3．3 磨损后的阀口流量系数

3．3．1 建模与仿真

3．3．2 计算结果与分析

3．4 结论

3．5 阀口流量面积

3．6 本章小结

第4章 液控单向阀启闭过程的研究

4．1 平衡回路的工作原理

4．2 平衡回路液压系统仿真模型的建立

4．2．1 液控单向阀结构分析与建模

4．2．2 平衡回路系统建模

4．2．3 参数设定

4．3 仿真结果分析

4．3．1 活塞复位弹簧刚度对油缸位移的影响

4．3．2 阀芯的瞬态运动特性

4．3．3 增大活塞复位弹簧刚度改进下滑现象

4．4 本章小结

总结与展望

1 总结

2 展望

参考文献

致谢

附录A 论文发表

附录B 科研实践