三通减压阀

应用出口压力直接检测反馈和级间动压反馈原理研制开发的电液比例溢流型三通减压阀的结构原理如图2.6所示:

图2.5 比例溢流型三通减压阀工作原理图

Fig. 2.5 The work principle diagram for proportion overflow tee pressure reducing valve

其工作原理如下:当调定放大器输入电压后,比例电磁铁输出电磁力Fm, 此时阀输出压力pA有一个相应值,若因某种干扰使出口压力降低将引起先导阀芯向左移动,左边可变节流口增大,右边可变节流口减少,先导阀腔压力px及主阀上腔压力px'上升,在上升px和pA下降的共同作用下,主阀芯向下运动,主阀可变节流口开大,致使pA上升,这样就使输出压力pA保持在调定值。当输出压力pA增大超过调定值时(如pA用于动力负载时)先导阀芯向右移动,先导阀左边可变节流口减小，右边可变节流口增大,致使先导阀腔内压力px和主阀上腔压力px'下降,主阀芯上移使进油口与出油口相通,此时相当于溢流阀。

通过对三通减压阀的工作原理（如图2.6所示）的研究，并且根据其工作原理在第二章的介绍不难得出以下推论。

（1）在稳态时，先导阀和主阀阀芯的力平衡方程。

先导阀稳态时的力平衡方程为：

pAAf+pxAy1=FM+Fky+pxAy （3.50） 式中：pA—三通减压阀的输出压力；

px—先导阀腔内压力（与主阀上腔压力相等）； FM—电磁力；

Fky—先导阀阀芯所受弹簧力；

Af—先导阀反馈推杆面积； Ay1—先导阀阀芯左端面积； Ay—先导阀阀芯右端面积。

主阀稳态时的力平衡方程为：

pAA=Fkx+pxA （3.51）

式中：pA—三通减压阀的输出压力；

； px—先导阀腔内压力（与主阀上腔压力相等） Fkx—主阀阀芯所受弹簧力； A—主阀阀芯上下腔的面积；

（2）在输出压力pA有变化时，假设pA升高了ΔpA，那么px随着D口的减小降低Δpx，那么则有以下的动态力平衡方程。

先导阀动态时的力平衡方程为：

dΔy

(pA+ΔpA)Af+(px−Δpx)Ay1+my2=FM+ky(y+Δy)+(px−Δpx)Ay （3.52）

dt式中：ΔpA—三通减压阀的输出压力的增量；

2

Δpx—先导阀腔内压力增量；

y—先导阀弹簧原压缩量；（D口原有开度） Δy—先导阀阀芯位移； ky—先导阀弹簧刚度。

主阀动态时的力平衡方程为：

dΔx

(pA+ΔpA)A+mx2=kx(x+Δx)+(px−Δpx)A （3.53）

dt

式中：

2

x—主阀弹簧原压缩量； Δx—主阀阀芯位移； kx—主阀弹簧刚度。

将式(3.50)带入式(3.52)可得：

dΔy

ΔpAAf−ΔpxAy1+my2=kyΔy−ΔpxAy （3.54）

dt

将式(3.51)带入式(3.53)可得：

2

dΔx

ΔpAA+mx2=kxΔx−ΔpxA （3.55）

dt

用增量代替变量，可得：

2dy

pAAf−pxAy1+my2=kyy−pxAy （3.56）

dt

由阀的设计尺寸可知：Af=Ay1−Ay

2

dx

pAA+mx2=kxx−pxA （3.57）

dt

由阀的设计尺寸可知：Af=Ay1−Ay，则式（3.56）可化简为：

2

dy

pAAf−pxAf+my2=kyy （3.58）

dt

（3）D口的流量增量方程为：

2ΔpAdΔydΔxdΔy

ΔqD=Ay1 （3.59） +A−Ay=CdWΔyρdtdtdt式中： ΔqD—D口的流量增量

2

Cd—D口的流量系数；

W—伺服阀窗口的面积梯度。 用变量表示为：

2pAdydxdy

+A−Ay=CdWy （3.60）

ρdtdtdt

将式（3.59）线性化可得：

qD=Kqy−KcpA （3.61）

qD=Ay1

式中：Kq=

∂qD2pA=CdW ∂yρ∂qD

=∂pA

CdWypA

2pA Kc=

ρ

对式(3.57)、(3.58)、(3.61)进行拉氏变换可得：

PAA+mxXs2=kxX−PxA （3.62）

PAAf−PxAf+myys2=kyy （3.63）

Afsy+Asx=Kqy−KcpA （3.64）

联立以上三式可得三通减压阀主阀芯位移变化量与输出压力变化量之间的传递函数：

KcAmys2−2Af2As+2KqAfA−KckyAX

（3.65） =

PA(mxAf2−myA2)s3+KqmxAfs2+(kyA2−kxAf)s+KqkxAf

而液压缸上腔的压力是由三通减压阀调定的，那么忽略管路压降，则三通减压阀主阀芯位移变化量与输出压力变化量之间的传递函数也就是主阀芯位移变化量与液压缸上腔压力之间的传递函数[31]。

由式（3.65）可见，当液压缸上腔的压力由于液压缸的位移或速度变化而产生扰动时，三通减压阀可以对其进行调节，也就是主阀芯的上下移动起到了稳定压力的作用。至于其响应情况需对此系统进行仿真。