海水电液换向阀动态特性研究及仿真分析

朱奕

摘 要：以海水电液换向阀为研究对象，介绍了换向阀的主阀结构，分析其工作原理。通过对主阀运动过程的研究，针对主阀开启过程的动态特性建立数学模型，同时对该数学模型采用Simulink软件进行仿真。结果表明，该主阀结构动态性能良好，能够满足工作要求。

关键词：电液换向；主阀；动态特性；Simulink仿真

中图分类号：TH137 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）03-0076-02

Abstract： Taking the electrohydraulic directional valve of seawater as the research subject， the structure of the main valve of the directional valve is introduced， and its working principle is analyzed. Through the study of the main valve movement process， the dynamic characteristics of the main valve opening process mathematical model is established， and the mathematical model is simulated by Simulink software. The results show that the structure of the main valve has good dynamic performance and can meet the working requirements.

Keywords： electrohydraulic commutation； main valve； dynamic characteristics； Simulink simulation

引言

海洋资源的开采不同于陆地，它对设备的要求更高、更苛刻，稳定的海上工作平台对于海洋工作的有效开展、人员的安全提供了有效的保证。液压支架能够对工作台起有效支撑作用，目前广泛应用于采煤等海上作业平台。海水电液换向阀作为液压支架的控制系统的核心部件，能够改变液流方向进而控制液压支架液压缸的动作，对实现液压支架自动化及远程化起着关键作用，因此高效、节能、稳定的海水电液换向阀是当前主要的研究方向[1-2]。

1 换向阀主阀结构及工作原理

由阀套、阀芯、阀杆以及弹簧等组成海水电液换向阀主阀的主要结构，其结构如图1所示。当前为主阀闭合状态，此时阀芯处于闭合位，卸油口处于打开位。当控制电磁得电，先导阀开启使控制液流入B腔，液流压力持续升高直至能够克服阀套密封圈的摩擦阻力，阀套向左移动，从而卸油口关闭。液流压力继续升高直至能够克服阀芯粘性阻力以及弹簧阻力，此时阀杆左移，进液口从而打开，液流通过C腔流入D腔。至此，海水电液换向阀主阀完成开启过程，主油路开启。

2 主阀动态特性分析

本文海水电液换向阀主阀采用锥阀式结构形式，其受作用力有：稳态液动力、瞬态液動力、粘性阻力以及密封圈摩擦阻力等。当阀套和阀杆都处于静止状态时，此时液流压力为p，则液控端流量-压力方程为[3-4]：

3 主阀动态特性仿真分析

根据所建立的主阀动态特性运动方程，通过Simulink软件包建立相应的仿真模型，如图2所示。

从示波器可以看到各个模型的变化曲线，其中主阀阀芯位移曲线及出口压力曲线如图3-4所示[5]。

由主阀阀芯开启位移曲线图可知，阀芯开启时间较短且能够保持稳定，开启至最大位移所需时间110ms；当液控端压力达到20bar时，主阀阀套开始动作关闭卸油口，当液控端压力达到250bar并小幅振荡最终平稳至200bar时，阀芯动作，进液口打开。其中，由于阀芯动作需克服压力较大，因此与电磁通电后。主阀需要一定的迟滞时间才能够响应，属正常现象。总的来说，主阀开启响应快，性能满足系统要求。

4 结束语

本文对海水电液换向阀主阀的动态特性展开研究，并对运动模型、以及主阀液控端开启压力模型进行了仿真。根据主阀运动原理建立启闭数学模型，从最终仿真结果来看，仿真曲线与本文主阀的动态特性相符合，同时也基本与换向阀的实际工作情况相符合，对海水电液换向阀的推广使用具有参考意义；通过仿真结果主阀阀芯的响应时间，本文海水电液换向阀动反应快速，动态特性良好，能够满足实际的使用需求。

参考文献：

[1]任伟，韦文术，黄韶杰.电液换向阀动态特性测试系统的研究与设计[J].煤炭工程，2008（9）：73-74.

[2]李曼，屈江民.液压支架中电液换向阀内泄漏的仿真研究[J].液压与气动，2017（1）：49-54.

[3]黄俊鸣.海水电液换向阀的研究[D].武汉纺织大学，2012，04.

[4]任俊琴.大流量电液换向阀动态特性仿真及流场分析[D].太原理工大学，2015，05.

[5]王宏，刘波，田勇.运用AMESim和ADAMS的电液比例调平系统的仿真研究[J].现代制造工程，2014（7）：55-60.