液压挖掘机多路阀口节流特性研究及其系统动态建模

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多路阀是液压挖掘机执行动作的主要控制元件,在挖掘机中起着举足轻重的作用。由于多路阀节流阀口的节流特性与阀口结构之间存在着固-液耦合作用,因此研究阀口结构对节流特性的影响对于提高多路阀性能具有重要意义。  本文在研究节流阀口过流截面面积变化特性的基础上,用空化指数σ表征了阀口空化特性,并通过流量试验曲线说明了理论分析结果。推导了节流阀口的节流刚度计算式,并分析了不同节流阀口的节流刚度特性。  (1)给出了典型多路阀分压节流槽(U,V和L型节流槽)的几何结构,推导了节流阀口过流截面面积A1,A2的计算公式,并绘制了过流截面面积变化曲线A1(X),A2(X),从中发现对于U型节流槽,随着阀口开度的增加最小过流截面的位置会发生变化。当处于较大阀口开度时较小过流截面始终是A2,且通流面积保持不变。而对于V型和L型节流槽,它们的过流截面面积变化具有相似性,在阀口开度变化范围内过流截面面积A1,A2的相对大小始终不发生交替。  (2)在二级节流槽过流截面面积变化特性分析的基础上,研究了组合式节流槽(U-U,U-V和V-V型节流槽)的过流截面面积变化特性。通过对组合式节流槽过流截面面积变化特性的研究发现,相对于二级节流阀口,组合式节流阀口的过流截面面积计算式要复杂一些。  (3)研究节流阀口过流截面面积变化特性的基础上,通过经典空化数σ的定义,提出了适用于表征分压节流槽空化特性的空化指数σ1,σ2,并推导了其具体计算式。通过分析空化指数曲线发现,U型节流槽空化指数σ1,σ2的相对大小会随着阀口开度的变化而发生变化。V型节流槽空化指数σ1,σ2始终为定值,郎空化剧烈区的相对位置不会发生变化。组合式节流槽的空化特性相对于二级节流槽要复杂一些,这是由于其过流截面面积变化特性的复杂性所致。  (4)推导了阀口流量恒定和变化这两种情况下的阀口节流刚度计算式,并利用所推导的公式分析了节流刚度变化特性。  (5)提出了节流阀口节流特性的表征指标,并将正交因素设计和灰色关联度分析引入了节流阀口的节流特性优化。通过计算对比表明,优化后阀口结构的节流性能得到了提高。  分析了液压挖掘机负载敏感定量泵回路,并建立了基于负流量反馈的SY215C8M型液压挖掘机液压回路的全局动态模型,得到了该型液压挖掘机在不同挖掘动作时系统内部压力流量等物理参数的动态变化曲线。  (6)分析了负载敏感定量泵回路在外部负载变化和液压多路换向阀芯移动这两种工况下的系统内部物理参数之间的数学关联式,得到了外部负载压力变化和换向阀芯移动对系统流量分配的影响。  (7)分析了SY215C8M型液压挖掘机负流量反馈系统,建立了不同执行动作时液压回路的数学表征方程,这有助于了解液压挖掘机在执行挖掘动作时液压系统回路中的流量分配和压力变化之间的动态联系。  (8)基于AMESim建立了SY215C8M型液压挖掘机负流量反馈液压系统的全局动态模型,得到了执行不同挖掘动作时液压回路内的压力流量动态变化曲线。
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