定量泵压力补偿系统中三通压力补偿器特性仿真分析

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第 7期 李新福 等：定量泵压力补偿系统中三通压力补偿器特性仿真分析 ·173·主要由阀体、主阀、主阀弹簧、调节螺母等主要零件组成。阀芯的左端与阀体、端盖之间形成压力腔；右端与阀体、端盖、远程控制口等形成弹簧压力腔。调节弹簧压力腔端的调节螺母，可改变弹簧的预压缩量，进而调节卸荷压差。

当液压回路工作稳定，三通压力补偿器阀芯左右两端受力平衡。

即p1Adp2AdF。F Ff (1)其中：F.k(AX )F。2，rCoCvd(AX-XD)PpCOSOP 为阀芯左端压力腔的压力；P：为阀芯右端弹簧腔处的压力；A 为阀芯的横截面积；Ft为弹簧力；F 为稳态液动力；Ff为摩擦力；k为弹簧的刚度；AX为阀芯的开口量；X为弹簧的预压缩量；X 为阀芯的搭合量；cQ为流量系数；C 为流速系数；P 为阀进油口压力；Ot为流经滑阀的液流速度方向角；d为阀芯直径。

因为三通压力补偿器在静态工作时，其稳态液动力 F。和摩擦力 都非常的小，可以忽略不记 ，此时式 (1)可简化为：p1Adp2AdK (AX ) (2)△pp。-p (3)P2pL (4)由式 (1)、(2)、(3)联立得 ap： 。

d因为F 在稳态工作时基本保持不变，由此式可知三通压力补偿器阀芯两端的压差基本保持不变，且 △p由弹簧调定。通过阀的流量为 qc。A J(2ap)/p；其中：A为换向阀阀口通流面积。有此式可知只要卸 保持不变，则流出阀的流量不变。

3 建立三通压力补偿器的仿真模型根据多路阀定量泵压力补偿系统原理图，结合各个零部件的结构原理图，在 AMESim中搭建三通压力补偿器的系统仿真模型如图3。

图 3 定量泵压力补偿系统仿真图3.1 参数的设置阀类零部件主要参数设置如表1。

表 1 阀类零部件主要参数三通压力补偿器阀芯直径三通压力补偿器阀芯质量三通压力补偿器弹簧刚度三通压力补偿器初始弹簧力多路阀最大开 口量二通压力补偿阀阀芯质量二通压力补偿阀节流口通径安全阀设定压力3.2 液压缸负载及多路阀开口量的参数设置液压缸 5、液压缸 6负载设置如图 4所示。曲线1为液压缸 5负载设置及变化情况：在时间为0～5 s时负载为 5 500 N；5～10 s时负载由5 500 N线性降到4 500 N；10-17 s时负载为 4 500N。曲线 2为液压缸 6负载设置及变化情况：0～5 s时负载为 6 000N；5-10 S负载由7 000 N线性降到6 000 N；10～17s时负载为 6 000 N。

0～5 s、15 s以后多路阀关闭，5～5.01 s多路阀由关闭到全开， 5.01～14.99 s多路阀全开 ，14.99～15 s多路阀由全开到关闭。

7·06·5蚕6.0慧s.s5.04.50 2 4 6 8 10 12 14 16 l8时间，s图4 液压缸负载参数设置1.0o.8-<0.6挥咖j 0.4Ⅱ0.20.00 2 4 6 8 10l2 14 l6 l8时间，s图5 多路阀的开口量设置4 三通压力补偿器的仿真分析三通压力补偿器流量、阀芯位移随时间的变化曲线分别如图 6、图7所示 。0～5 s、15 s以后多路阀7、多路阀 8均处于关 闭状态 ，通往液压缸的油路断开。0～5 S、15 s以后油泵打 出的液压油通过管道进入三通压力补偿器右腔，此时补偿器左腔无压力油，右腔的高压油液迅速推动阀芯左移克服左腔弹簧力打开压力补偿器使泵卸荷。由图8可知，此段时间内，泵的卸荷压力稳定在 2 MPa左右 ，低于其油路工作时的压力。此现象表现出了三通压力补偿器在系统 回路不工作 时，对油泵 的卸荷作用，降低能耗。

啪 佃N m m - -：2 4 3 m· 174· 机床与液压 第 4l卷807O6O吾5o·， 4000 2 4 6 8 1012 14 16 l8时间，s0.6目0.5目0.4磐o。

0.2匿 0. 100 2 4 6 8 1012 14 16 18时间，s图6 三通压力补偿器流 图7 三通压力补偿器阀芯量 -时间曲线图 位移 -时间曲线图5～10 s时，多路阀7、多路阀8处于完全开启的状态 ，系统油路联通。此段时间内，液压缸 5、液压缸 6的负载压力分别由原来的7 000 N，5 500 N线性降低为6 000 N，4 500 N。由图8可知，在5～10 s时泵的出口压力从2 MPa迅速上升到工作压力，并随作用在液压缸上负载的下降，工作压力随之相应下降。

此现象表现出了三通压力补偿器的负载适应能力。即当系统中的负载为变量时，使泵的出口压力比负载压力高出-定差值，与负载匹配，避免不必要的能量损失 ，实现整个液压系统的节能。

有图9、图 10可知在此期间多路阀 7、多路阀 8的进出口压力差均保持在2 MPa左右，并随负载的变小压力变校此处也印证了图8的正确性。此处的压差恒定则表现出了三通压力补偿器的负载补偿作用。

由图6、图7可知 ，此段时间内压力补偿器的阀芯右移，溢流口开度减小 ，流量减校且溢流量为泵输出给液压缸5、液压缸6的流量多余量。

8765蓦 4-、R 3龃 210- l0 2 4 6 8 10 1214 l6 l8 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18时间s 时间，s图8 泵出口压力及 图9 多路阀7进出流量曲线图 口压力曲线图10～15 s时，多路阀 7、多路阀8仍处于完全开启的状态，液压缸 5、液压缸 6上的负载均处于恒定状态。由图 8可知泵出 口压力稳定在 6.5 MPa左右，压力补偿器的阀芯位移变化量处于稳定状态。

10～15 s时三通压力补偿器的阀芯位移变化率与5～10 s期间的变化率相比要校其主要影响因素在于5～10s时，系统上的负载为变化量，三通压力补偿器的负载适应性保证了泵的出口压力随负载相适应，所以阀芯移动量在变化。10～15 S期间两负载恒定，由图7可看出在此段时间内压力补偿器 的阀芯稳定，但不恒定。主要影响因素为敏感腔的弹簧和初压缩量。

其中弹簧刚度影响最为主要。比较图7与图 11，弹簧刚度为50 N/mm时三通压力补偿器阀芯的稳定性比弹簧刚度为 10 N/mm时要好∩知弹簧刚度越大，阀芯位移稳定性越好，阀芯位移量有所增加。

876543出 210. 10 2 4 6 8 10 l2 14 16 18时间，s1.0目 0.8皇蠢0·6叫 霆 0.20.00 2 4 6 8 l012 14 16 l8时间，s图10 多路阀 8的进出 图 11 弹簧刚度为 50 N/mm口压力曲线图 时三通压力补偿器阀芯位移曲线图5 结论(1)定量泵压力补偿系统 中，在多路阀处于中位不工作时，由三通压力补偿器对泵实现卸荷 ，对泵起到降压和保护作用。同时三通压力补偿器卸荷压力小 ，实现系统不工作时的节能。

(2)由文中理论分析和 AMESim的-系列仿真结果曲线，可以得出当系统工作时，三通压力补偿器保证了负载变化时多路阀进 口与出口压力差的恒定，系统实现了复合操作时与负载变化无关的流量分配，即流过多路阀流量的大小只与阀芯位移有关 ，与负荷变化无关。

(3)三通压力补偿器不仅能够很好地实现节流器前后压差不变即压力补偿器的负载补偿作用，而