基于AMESim的平衡閥系統穩定性分析

董洪月

（徐州海倫哲專用車輛股份有限公司，江蘇 徐州 221004）

平衡閥集單向功能、液控節流功能、溢流功能和負載保持功能于一體［1，2］，廣泛應用于工程機械液壓系統之中。油缸所受外力為負負載，平衡閥在液控節流工況時往往會出現振動現象，嚴重的還會影響動作的正常運行。因此，研究提高平衡閥系統的穩定性意義重大。

1 平衡閥工作原理

圖1所示為某型號平衡閥結構圖。

圖1 平衡閥結構圖

單向功能：V口的壓力油作用在閥座3左端面，克服單向功能彈簧2的預緊力，推動閥座3向右移動，開啟C口通道，流出。

負載保持功能：在X口無控制壓力時，負載壓力通過C口作用在閥芯1和閥座3上，負載壓力小于主彈簧4的預緊力時，閥芯1和閥座3之間的錐形閥口閉死，負載保持。

溢流功能：在X口無控制壓力時，負載壓力通過C口作用在閥芯1和閥座3上。負載壓力大于主彈簧4的預緊力時，推動閥芯1和閥座3同時左移，直至閥座3被閥體5右側端面擋住。此時閥芯1繼續左移，閥芯1和閥座3之間的錐形閥口開啟，溢流。

液控節流功能：在X口有控制壓力時，此壓力作用在閥芯1右側端面上，克服主彈簧4的預緊力，推動閥芯1左移。由于單向功能彈簧2的作用，閥座3也跟著左移，直到閥座3被閥體5右側端面擋住后，C口至V口的通道開啟。

2 平衡閥建模及仿真

根據平衡閥結構和液壓回路，利用AMESim建立了某工程機械臂架變幅下落工作狀態仿真模型［3］，如圖2所示，部分基本參數如表1所示。

圖2 平衡閥系統仿真模型

表1 模型部分基本參數

對該臂架平衡閥系統變幅下落過程進行仿真，仿真時間10s。圖3為平衡閥閥芯位移響應曲線。從圖中可以看出，仿真開始階段閥芯位移波動劇烈，極易導致系統不穩定。

圖3 平衡閥閥芯位移響應曲線

3 平衡閥系統穩定性提高方法

3.1 先導腔增加固定阻尼

仿真模型如圖4所示，先導腔阻尼孔直徑φ0.5mm。模型參數與表1相同，仿真時間10s。圖5為平衡閥閥芯位移響應曲線，與圖3相比仿真開始階段閥芯位移波動明顯減弱。

圖4 平衡閥系統仿真模型

圖5 平衡閥閥芯位移響應曲線

3.2 先導腔增加單向固定阻尼

仿真模型如圖6所示，先導腔單向阻尼孔直徑φ0.5mm。模型參數與表1相同，仿真時間10s。圖7為平衡閥閥芯位移響應曲線，與圖3相比仿真開始階段閥芯位移波動明顯減弱。

圖6 平衡閥系統仿真模型

圖7 平衡閥閥芯位移響應曲線

3.3 先導腔阻尼分壓

仿真模型如圖8所示，先導腔2個分壓阻尼直徑φ0.5mm。模型參數與表1相同，仿真時間10s。圖9為平衡閥閥芯位移響應曲線，與圖3相比仿真開始階段閥芯位移波動明顯減弱。

圖8 平衡閥系統仿真模型

圖9 平衡閥閥芯位移響應曲線

3.4 增加平衡閥出口背壓

仿真模型如圖10所示，平衡閥出口背壓2MPa。模型參數與表1相同，仿真時間10s。圖11為平衡閥閥芯位移響應曲線，與圖3相比仿真開始階段閥芯位移波動明顯減弱。

圖10 平衡閥系統仿真模型

3.5 增加平衡閥負載口背壓

仿真模型如圖12所示，平衡閥負載口背壓2MPa。模型參數與表1相同，仿真時間10s。圖13為平衡閥閥芯位移響應曲線，與圖3相比仿真開始階段閥芯位移波動明顯減弱。

圖11 平衡閥閥芯位移響應曲線

圖12 平衡閥系統仿真模型

圖13 平衡閥閥芯位移響應曲線

4 結束語

本文建立了平衡閥系統負負載仿真模型，提出了提高平衡閥系統穩定性的方法，并運用AMESim進行了仿真，驗證了方法的正確性。