双腔独立阻尼减振溢流阀的压力特性研究

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直动式溢流阀既可单独使用，也可作为先导式溢流阀的先导阀使用，利用弹簧直接对阀芯加载，调定其工作压力。阀芯系统的低阻尼特性使压力阀的动态压力特性较差，阀芯不容易稳定，会造成系统不能正常工作。因此，针对压力阀的不稳定现象，众多学者和工程技术人员均进行了大量的研究 -4j，不同液压元件厂家也推出了不同结构形式的产品。主要的措施包括阀前增加减振装置，增加阀后阻尼和阀芯尾端加设阻尼装置等。现有方法在不同的诚和不同的工作参数条件下取得了较好的效果，但是也存在相应的问题，比如阀口流场压力损失的增加、额外增加的元件加工精度和参数变化适应能力有限等。

课题组提出的独立阻尼减振技术通过增加阀芯系统的工作阻尼提高阀的压力稳定性。由于阻尼腔室中的油液并不参与阀口的流动，不造成额外的节流损失。

单腔阻尼减振由于有固体腔室的存在，稳压能力受到- 定程度的限制。该文提出了双腔独立阻尼减振结构，进-步提高了溢流阀的稳压能力。

1 双腔独立阻尼减振调压工作原理双腔独立阻尼调压单元主要包括 2个可变容积腔室、节流孔和弹簧，弹簧和阻尼单元串联。为了改善其工作性能，增加并联弹簧和阀芯直接相连，或者在可变容积腔室中串联弹簧，使弹簧的参数选取范围更加易于调节。该减振调压系统的简化物理模型如图1所示。

粘性阻尼图 1 独立阻尼减振调压技术的简化物理模型由图1可知，除去压力阀现有的调压弹簧和粘性阻尼外，增加了1个和弹簧串联的减振单元。阀芯的初始激励通过阻尼减振后再传递给弹簧，提高了阀芯收稿日期：2012.11-28作者简介：刘桓龙(1977-)，男，副教授，工学博士，主要从事流体传动及控制和机械电子领域的科学研究。

52 液压与气动 2013年第6期系统的阻尼系数。阻尼单元包括 2个可变容积腔室和1个节流孔，其原理结构如图2所示。

1.阀体 2.阀芯 3.活塞 4.节流孔 5.活塞套6.活塞 7.弹簧 8.端盖图2 双腔独立阻尼减振调压结构由图2可知，当阀芯沿向右运动时，带动活塞向右运动，左边的容积腔受到压缩使油液压力瞬间增加，增加的液压力对阀芯产生-级液压阻尼作用。由于节流孔4的存在，使腔室内的压力不会产生较大的瞬间超调。压力油液通过节流孔后流向右腔室，推动活塞6向右运动，在弹簧7的作用下得到缓冲。弹簧回弹时，右腔室中的油液受到挤压后压力瞬间增大，阻碍其反向运动。由于节流孔的节流阻碍作用，腔室内的油液压力既可保持又可被滤掉瞬间峰值，因此使弹簧很快稳定下来。活塞套在工作过程中保持浮动。阀芯在运动过程中受到了独立阻尼减振单元和弹簧的双重缓冲，具有更好的稳定性。

2 仿真建模以小流量高压直动式锥阀芯溢流阀为例，利用AMESim软件初步仿真计算了其压力动态特性，分析了各主要结构参数对其性能的影响，仿真计算模型如图3所示。

3 仿真结构分析利用图3的模型，设定好相关参数后，在 AMESim中对阀的压力动态响应特性进行了仿真计算，分析了各主要结构参数对其影响。在相同的参数条件下，对普通溢流阀也进行了计算，对比发现，当粘性系数取为0时，普通溢流阀无法稳定，振动很大，而双腔独立阻尼减振调压溢流阀能够稳定。由于之前的论文已经列出了普通溢流阀的结果曲线，因此本文不再列出。为了提高仿真精度，观察详细的压力变化，仿真步长取为0.0001 s。

表1 基本参数序号 参数 取值1 阀芯半锥角/。 202 阀座孔直径/mm 43 锥阀底径/mm 64 额定流量/L·min 15 额定压力/MPa 163.1 活塞直径的影响改变活塞直径的大小，计算其压力响应曲线，结果如图4所示。

18.016.014.O12.010.O8.06.04.02.O0.O0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 l0.0 12.0 14.0 16.0 18.020.0t/ms图4 活塞直径对压力响应的影响由图4可知，在普通溢流阀振动十分强烈的情况下，独立阻尼调压溢流阀具有相对稳定的压力曲线，说明其具有较强的稳压能力。由于阻尼系数的增加，使阀的响应时间相对变慢，大约为 11 ms，。随着活塞直径的增加，压力的稳定趋势变差，并且调节时间逐渐变大。

3.2 节流孔直径的影响改变可变容积腔室间的节流孔直径的大小，计算其压力响应曲线如图5所示。

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.012.0l4.016.018.020.0t/ms图5 节流孔直径对压力响应的影响差 2013年第6期 液压与气动 53由图5可知，节流孔直径对阀的动态压力响应具有-定影响。如果节流孔直径太小，将引起压力不稳定；大于-定值后，对稳定性的影响不大，调节时间逐渐变短〖虑到加工以及可靠性等问题，可以把节流孔大小取为0.9 mm左右。

3.3 弹簧刚度的影响改变弹簧刚度，计算其压力响应曲线如图6所示。

O图6 弹簧刚度对压力响应的影响由图6可知，-定范围内的弹簧刚度对阀的压力响应基本没什么影响，说明加设独立阻尼后，弹簧的主要功能用于调节阀的工作压力∠宽的弹簧刚度值给弹簧的设计带来了更多的选择。

3.4 活塞质量的影响为了认识活塞质量对阀的压力响应影响，改变活塞质量进行了仿真计算 ，结果如图7所示。

0t/m s图7 活塞质量对压力响应的影响由图7可知，活塞质量对压力稳定性的影响不大，主要对调整时间有-定影响。

3.5 活塞套质量活塞套处于浮动状态，在容积腔室内油液压力增加瞬间可能会有运动，改变其质量大小，计算其对压力动态特性的影响，结果如图8所示。

由图8可知，活塞套质量对阀的稳定性和压力调节时间几乎没有影响，说明活塞套的运动状态非常弱，不影响阀的正常工作。

3.6 系统油液弹性模量改变系统油液的弹性模量，观察溢流阀的压力响应情况，计算结果如图9所示。

l8.O16.O14.012.0《2.0O.0图8 活塞套质量对压力响应的影响0.O 2.0 4.0 6.0 8.0 l0.0l2.Ol4.0l6.0l8.020.0t/ms图9 系统油液弹性模量对压力响应的影响由图9可知，随着弹性模量的增加，阀的响应加快，稳定性不变，这与对普通溢流阀的影响相同。

3.7 独立腔室内油液弹性模量和粘度的影响由于独立阻尼腔室内的油液与系统油液不通，因此当溢流阀不断开启关闭后，会导致腔室内油液的弹性模量和粘度等属性发生改变。保持系统油液弹性模量和粘度不变，只改变腔室内的弹性模量和粘度进行计算，结果分别如图l0和图11所示。

l8.O16.014.012.02.00.0弹性模量：800 MPa弹性模量：1100MPa弹性模量：1400 MPa弹性模量：1700 MPaO.O 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0l2.Ol4.016.018.O2O.0t/ms图1O 腔室内油液弹性模量对压力响应的影响0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.012.014.O16.0l8.020.Ot/ms图11 腔室内油液粘度对压力响应的影响由图10和图11可知，腔室内油液的弹性模量和粘度不影响溢流阀的压力响应特性，这给独立阻尼减振调压单元提供了宽松的工况。即便由于腔内发热或i ～1 2 3 4 54 液压与气动 2013年第6期DOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.06.012核主泵定子屏蔽套装配中 PLC控制系统设计郝 明，蒋 玮Design of PLC Control System in the Assembly ofNuclear Reactor Coolant Pump Stator CanHAO Ming，JIANG Wei(大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024)摘 要：采用-种装配方法完成核主泵AP1000定子屏蔽套的装配，并运用PLC设计完成了对装配过程中液压元件的启拓制和液压泵的压力与流量的实时控制。为了更好地完成实时控制，在该部分中运用了比例阀和各种传感器，同时分别为开关量与比例阀、传感器设计了相应的控制流程图与控制程序。

关键词：液压胀形；APIO00；定子屏蔽套；比例阀；PLC中图分类号：TH122 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)06-0054-05引言发展核能是解决当前不断加剧的能源危机的有效途径之-。我国为加快核发展步伐，引进了 AP1000核电技术。

AP1000中带屏蔽电机的屏蔽泵是整个核设备的心脏。AP1000主泵结构如图1所示，该主泵是单级的离心式无密封屏蔽电动泵，主要由泵体和电机两部分组成。主泵的水力部件(包括泵壳、叶轮、导叶以及进口导管等部件)直接安装在电机单元上，中间没有联轴器，泵的承压壳由泵壳、热屏、定子外壳和定子盖等组成1]。在电机内部，定子绕组与转子均套有屏蔽套，这对于防止定子铁芯、定子绕组受到输送液体的侵蚀起到关键作用。因此，其加工和装配质量直接影响到核主泵正常运行，是核主泵中的关键部件之- 。

定子屏蔽套的材料选用耐磨蚀的非磁性金属哈氏合金 Hasteloy C-276，在完成屏蔽套板材下料剪切、卷板成形、焊接、矫形等几个工序后，需进行定子屏蔽套收稿 日期：2012-11-28基金项 目：973项目(2009CB724300)作者简介：郝明(1987-)，男 ，吉林吉林人，硕士，主要从事液压传动与控制方面的研究工作。

者气泡混入等原因改变油液的属性，也不会影响其压力动态特性。

4 结论双腔独立阻尼减振调压溢流阀具有比较好的压力动态稳定特性，在阀芯粘性系数为零的情况下仍可处于稳定状态。通过计算发现，活塞直径和节流孔直径是影响该结构性能的关键参数，活塞质量和弹簧刚度等参数对压力调节时间略有影响。同时，该结构对腔室内油液的弹性模量和粘度要求较低，可行和简便，使其应用更加广泛。在此基础上，结合不同的压力和流量规格，考虑液动力等因素分析独立阻尼减振调压单元的静压力特性，设计出实用的调压结构。