电动柱塞泵配流阀配流特性探析

徐 鹏 张铁柱 赵 红 青岛大学机电工程学院 山东青岛 266071

张洪涛 青岛市锅炉压力容器检验所 山东青岛 266071

【文章摘要】

配流阀是电动柱塞泵的关键部件，本文主要对电动柱塞泵配流阀的配流特性进行研究，建立相关的数学模型进行理论分析，通过模拟仿真的形式对理论分析进行验证，探究配流阀配流特性的主要影响因素，有助于提升配流阀的配流特性和柱塞泵的效率。

【关键词】

配流阀；电动柱塞泵；配流特性；仿真

0 引文

电动柱塞泵主要应用于液压传动系统中，阀式配流泵的主要特点是：能够有效地减少缸体与配流盘的摩擦，减少了流体的泄露。配流阀应该具有良好的密封性和抗污染能力，能够在比较恶劣的工况中顺利运行。配流阀的余隙容积、弹簧刚度、阀芯质量和预紧力等参数对电动柱塞泵的工作性能具有一定的影响。本文通过对电动柱塞泵配流阀的工作状态进行仿真模拟，目的是为了实现电动柱塞泵的最佳性能。

1 配流阀的主要类型

国内使用的配流阀的主要形式有三种：蕈阀、平板阀和球阀。蕈阀的特点是导向性好，密封性好，适用于在较大的通径下使用；平板阀在柱塞泵配流阀中被广泛使用，它的重量轻、惯性小，在工作中要求阀芯与阀座的接触面为平面；球阀是重量较大的一种，在配流阀中使用较少。三种配流阀的结构图见图1-1 ：

2 配流阀的数学模型建立

本文以平板阀为例，建立其数学模型。平板阀的特点是结构简单、重量轻、密封性能好、具有快速的响应特性，在配流阀中广泛使用。平板配流阀的详细结构图见图2-1：配流阀从开启到关闭的过程中，相应的阀口处的流体的运动状态从层流变化为湍流状态。考虑好流场的特性，对于建立好数学模型，为配流阀的动态特性研究奠定了一定的理论基础。配流阀工作时，流体的流态由雷诺数决定式中：V 为出口的流体速度（m/s）； 流体的运动粘性系数（mm2/s）；d 出水口直径（mm）雷诺数的变化影响了阀口的流速系数和流量系数，将配流阀进行模型简化，建立有关配流阀的数学模型，进行定量分析。简化的配流阀模型如图2-2 所示：建立其模型的基本方程组

（1）吸入阀的平衡方程和阀流量方程

（2）流体的连续性方程

（3）压出阀的平衡方程

（4）柱塞的运动方程

通过对以上方程进行数学建模，选取的未知的变量为配流阀的位移X 和Y，还有电动柱塞泵的压力P2。同时运用相关的分析软件，进行模型分析，运用FLUENT 进行模拟流场分析出配流阀在流场中的应力，通过MATlab 和AMEsim 做出联合的动态仿真，绘制出电动柱塞泵的配流特性曲线图，分析配流阀的位移与阀口流量之间的关系，建立起位移、流量和压力三者的关系图，分析电动柱塞泵配流阀的配流特性。

3 影响配流阀的主要特性参数

（1）吸入真空度对于配流阀配流特性的影响

通过对配流阀的特性进行分析和对比，分析影响配流阀特性的主要参数。首先对配流阀特性影响最大的就是吸入真空度。当电动柱塞泵工作时，吸入口的压力越大，配流阀开启和关闭的滞后角就会相应地增大，从（a）蕈阀

1. 阀芯 2.复位弹簧 3.阀

座 4.密封垫片

（b）平板阀

1. 平板阀芯 2. 阀座 3. 复位弹

簧 4.导向座

（c）球阀

1. 阀座 2. 陶瓷球3. 复位

弹簧 4 弹簧座

图1-1 配流阀结构图

1 吸入阀弹簧 2 吸入阀阀座 3 吸入阀阀

芯 4 压出阀弹簧 2 压出阀阀芯 6 压出阀

阀座 7 阀盖

图2-1 平板配流阀的结构图

而使得配流阀的流量受到影响。

（2）余隙容积对于配流阀配流特性的影响

柱塞泵的余隙容积对配流阀的阀芯起到了一定的影响，当开泵时，余隙的容积越大，发生的突变就会越大，但是幅度不会太大。柱塞泵的柱塞腔的压力的大小、出口的最大流量受到余隙的影响不大。

（3）阀芯质量对于配流阀配流特性的影响

阀芯质量对于配流阀配流特性的主要影响是，随着阀芯质量的增加，配流阀相应的最大的开度就会越大。阀芯的质量如果过大，其滞后作用也会明显增大。阀芯的质量越大，对于提高配流阀的动态特性越好。所以质量较大的球阀不适合做配流阀。减小配流阀的质量有助于降低流量脉动，提高配流阀运动的平稳性。但是配流阀的质量也不能过低。

（4）弹簧对于配流阀配流特性的影响

弹簧的刚度对于配流阀的滞后作用具有一定的影响作用，配流阀的滞后作用随着弹簧刚度的增加而减小，与此同时也造成了阀芯最大位移的减小。弹簧的刚度大，有利于减少阀门的滞后作用，但是随着弹簧刚度的变大，使得在阀门开启时的阻力也会相应地增大。

4 总结

本文主要对电动柱塞泵的配流阀的配流特性进行了分析研究，侧重对配流阀进行数学模型的建立和动态的仿真过程，对影响配流阀配流特性的主要因素进行了分析比较，对于提高电动柱塞泵配流阀的配流特性具有一定的指导意义，从而有助于提高电动柱塞泵的效率。

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图2-3 配流阀的配流特性

图3-1 余隙容积对于配流阀配流特性的影响图3-2 质量对配流阀特性的影响

Ⅰ k1=0.8N/mm，k2=2.75N/mm Ⅱ k1=1.6N/mm,k2=5.5N/mm Ⅲ k1=2N/mm,k2=8N/mm

3 图-3弹簧刚度对配流阀特性的影响