Amesim先导式溢流阀的设计与仿真分析
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 研究意义1
1.3 溢流阀的发展2
1.3.1 国内外研究成果2
1.3.2 直动式溢流阀的发展2
1.3.4 先导式溢流阀的发展3
1.3.5溢流阀的历史研究成果4
1.3.6 未来的溢流阀发展趋势5
2 先导式溢流阀的具体设计6
2.1 先导式溢流阀的简介6
2.2 先导式溢流阀的工作原理6
2.3 先导式溢流阀的设计方案选择6
2.3.1 驱动装置的选择6
2.3.2 阀芯配合方式的选择7
2.3.3 液阻网络的选择7
2.3.4 先导阀芯结构的选择8
2.4 先导式溢流阀的参数计算8
2.4.1溢流阀几何尺寸的确定9
2.4.2溢流阀静态特性计算10
3 基于Amesim软件对先导溢流阀仿真与分析12
3.1 关于Amesim软件的简绍12
3.2 基于Amesim对先导溢流阀模型建模12
3.3 模拟仿真和参数设置13
3.4 不同参数对先导式溢流阀响应特性的影响15
3.4.1 模拟不同主阀阻尼孔径对溢流阀响应特性的影响16
3.4.2 模拟不同导阀座孔径对溢流阀响应特性的影响16
3.4.3 模拟不同主阀容积对溢流阀响应特性的影响17
3.4.4 模拟不同先导阀弹簧刚度对溢流阀响应特性的影响18
3.4.5 模拟不同预 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
压缩力对溢流阀响应特性的影响19
3.4.6 选取最优参数仿真20
3.5 本章小结21
4 总结23
5 致谢24
6 参考文献25
1 绪论
1.1 研究背景
2015年中国在分析国内外市场的基础上，遵循产业升级与转型的客观规律，编制中长期十年规划，颁布了“中国制造2025”，明确了十个重点行业，包含战略性新兴产业、先进制造业、等其他关系到国计民生的传统行业。其中制造业的主要方向是智能化、自动化，这和“中国工业3.0”相符合。“中国工业3.0”的重点是制造业全面运用数据库，运用数据库可以使产品的设计、制造、总装、分析都可以用电脑系统完成，这样大大提高了效率，降低了成本。液压元件制造业是中国制造业的一个重要组成部分，随着中国工业3.0的逐步实现，液压元件制造业也发生了翻天覆地的变化，如今液压元件的制造更加智能化、自动化。
1.2 研究意义
在中国工业飞速发展的今天，液压技术在工业中的应用越来越广泛。但近半个世纪来，中国的液压行业可以用三个字来形容小、散、差，在产品上就表现为粗糙、低廉，在产品性能与技术上表现为仿制跟踪、局部改进、没有创新。这篇论文就是为了改变这种现状，从实际出发结合理论来设计一款响应快、工作稳定的先导式溢流阀。溢流阀在液压系统起重要作用，它是用来稳定和限制液压的。一个性能良好的溢流阀可以在实际生产中带来可观的经济利益。
1.3 溢流阀的发展状况
1.3.1 国内外研究成果
1.起始于第一个五年计划，50年代初上海机床厂、天津液压厂可以仿制苏联液压阀。
2.自1976年开始，上海704研究所、北京冶金液压机械厂等机构自主研发二通插装阀。
3. 2002年华中科技大学设计出一款最大工作压力15Mpa，流量为40L/min的溢流阀。
4. 2006华中科技大学研发了用于细水雾灭火系统所用的压力阀，2007年研发了水液压比例溢流阀。
5. 中国朱碧海等人研制了一种先导式水压溢流阀是采用膜片形式的。
6.1989-1994这五年中丹麦danfoss公司和丹麦大学联手开发了许多纯水液压控制阀。
7. 2005年日本神奈川大学开发了一种直接检测先导式水压溢流阀，日本三菱和nabco公司分别开发设计出了水压伺服阀和平衡活塞式先导溢流阀。
8.日本的nba-co公司开发的先导式溢流阀的最高压力可以达到19.5mpa。
9. 德国hauhinco公司设计出了水液压比例溢流阀。
10．美国hunt等公司设计了一系新型类水介质水压阀。
溢流阀有两种类型，一种直动式，一种先导式。直动式溢流阀的开启和关闭是在液压系统压力直接发生作用下运行的。而先导式溢流阀的先导阀作为调压级，起到直动式溢流阀的调压弹簧一样作用，通过主阀和导阀之间的阻尼器，来控制主阀上腔的中间力。
1.3.2直动式溢流阀的发展状况
如今的直动式溢流阀已经不局限于低压小流量系统，最近几年也开发出了运用于高压大流量系统的直动式溢流阀。比如德国西德力士乐公司发明的DSD型直动式溢流阀的最大压力能达到39Mpa到62Mpa之间，DSD直动式溢流阀处于压 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
力30．10MPa时流速可以达到331 L／min。DSD型溢流阀在结构上拥有很多创新，它的第一种结构是把锥阀端部和支承弹簧圆盘上制造出环形槽结构，液流因为环形槽阻碍而改变了方向，此时液流会形成一个方向与弹簧力方向相反的射流力，这个力是用来抵消部分弹簧力增量的，它的大小与流量大小成正比。DSD直动式溢流阀的第二种结构是一种锥阀带活塞结构，这种结构的溢流阀是把活塞铣扁，导致活塞底部受到进口压力，锥阀在工作中不会倾倒，从而有效地控制了锥阀的径向振动。活塞与锥阀相连面被做成了对称锥面，对称锥面可以让液动力互相抵消。这种结构的弹簧支承盘上也被做出了偏流环槽，和上面一样这里环槽会产生一种用来抵消弹簧力增量的射流力。DSD溢流阀的第三种结构是球阀式的，这种结构中活塞和球阀的连接装置是一种阻尼弹簧，阻尼弹簧是用来增加球阀上的主弹簧刚度，减少预压缩量，阻尼弹簧可以更好地提高溢流阀的静态特性。
1.3.3先导式溢流阀的发展状况
先导式溢流阀的结构有三种，它们分别是三级同心式、二级同心式、—级同心式。三种先导式溢流阀结构各有不同，比如三级同心先导式溢流阀它的主阀芯上存在三处配合，所以它的表面同轴度要求较高，日本对三级同心式溢流阀进行了改进，他们拉长了溢流阀的尾碟，增加了溢流阀尾流环，同时将回油通道防振尾的部位做成了直角弯，这样降低了消耗，也降低了噪声。同时他们还在溢流阀主阀上腔部位和导阀前腔部位都设置了用来消除振动的滑块，消振滑块通过改变油液流动状态的来减小振动容腔。二级同心先导式溢流阀的主阀芯上存在着两处配合，所以它的表面同轴度要求也很高。日本的川崎重工业公司就研发了一种二级同心溢流阀，它的主要优点就是噪音低。川崎工业公司在研发溢流阀的时候把节流部分做成了长通道结构，这样做可以消除急剧的缩流，川崎公司为了防止产生负压影响，所以他们在阀座上开出了很多小孔来达到效果。二级同心先导式溢流阀与三级同心先导式溢流阀的差别是二级同心先导式溢流阀的面积梯度比三级同心先导式溢流阀大，所以它的动作更加灵敏，而且二级同心先导式溢流阀的压力稳定性与产品工艺性都要比三级同心先导式溢流阀的要好。 一级同心式先导溢流阀的特点是把滑阀作为其主阀，而且滑阀的下上端承压面积是相同的，这些也导致了一级同心先导式溢流阀的动作不灵敏、同时因为滑阀的结构使密封长度加长、反应速度变慢、过渡的时间变长、超调量加大。一级同心先导式溢流阀也有自己的优点，它的优点是其加工和装配都方便简单，一级先导式溢流阔的导阀所用的弹簧是碟形的非线性弹簧，这种碟形弹簧的刚度是不固定的，这样可使弹簧拥有较大的弹簧预紧力。并且当阀心工作移动到指定的阀口开启时，弹簧力增加不明显，这样启闭谓压差值就减少了，如果是轴向位移比较大的溢流阀采用蝶形弹簧它的性能会得到显著的提升。上面说的各种溢流阀它们的阻尼器阻尼都是一个定值，另外还存在一个变阻尼器结，它是在主阀芯上套一个滑阀，两者组成一个环形阻尼器。这个阻尼器的阻尼值跟滑阀的轴向移动量有关。这种装有环形阻尼器的溢流阀它的结构紧凑、零件体积小。因为工程机械的高压、大流量、动作迅速等要求苛刻，所以必须运用这种装有环形阻尼器的溢流阀。现在人们取消了阻尼滑阀，而将主阀的中心孔做成加工简单的短粗孔，同时在中心孔內插进圆柱形钢丝，因为钢丝在轴向位置上固定并且钢丝在孔内可以稍微径向移动，所以阻尼器本身就具备了自我清洁能力。这种新式的阻尼器溢流阀具有加工容易，成本低廉，阻尼稳定可靠的优点。 先导式溢流阀它的主阀体与先导阀体之间相互位置配合形式存在三种：（1）直角式、（2）平行式、（3）同轴式。现在先导式溢流阀—般会存在两个阻尼器，也有存在三个阻尼器的，这些先导式溢流阀的阻尼器有的是串联的，有的是并联的，同时也可能串并联共存。但是—般情况多用串联的。阻尼器与阀芯它们之间的相对位置分为三种（1）阀前阻尼，（2）阀中阻尼，（3）阀后阻尼，这三种相对位置中阀前阻尼的效果是最好的。
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 研究意义1
1.3 溢流阀的发展2
1.3.1 国内外研究成果2
1.3.2 直动式溢流阀的发展2
1.3.4 先导式溢流阀的发展3
1.3.5溢流阀的历史研究成果4
1.3.6 未来的溢流阀发展趋势5
2 先导式溢流阀的具体设计6
2.1 先导式溢流阀的简介6
2.2 先导式溢流阀的工作原理6
2.3 先导式溢流阀的设计方案选择6
2.3.1 驱动装置的选择6
2.3.2 阀芯配合方式的选择7
2.3.3 液阻网络的选择7
2.3.4 先导阀芯结构的选择8
2.4 先导式溢流阀的参数计算8
2.4.1溢流阀几何尺寸的确定9
2.4.2溢流阀静态特性计算10
3 基于Amesim软件对先导溢流阀仿真与分析12
3.1 关于Amesim软件的简绍12
3.2 基于Amesim对先导溢流阀模型建模12
3.3 模拟仿真和参数设置13
3.4 不同参数对先导式溢流阀响应特性的影响15
3.4.1 模拟不同主阀阻尼孔径对溢流阀响应特性的影响16
3.4.2 模拟不同导阀座孔径对溢流阀响应特性的影响16
3.4.3 模拟不同主阀容积对溢流阀响应特性的影响17
3.4.4 模拟不同先导阀弹簧刚度对溢流阀响应特性的影响18
3.4.5 模拟不同预 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
压缩力对溢流阀响应特性的影响19
3.4.6 选取最优参数仿真20
3.5 本章小结21
4 总结23
5 致谢24
6 参考文献25
1 绪论
1.1 研究背景
2015年中国在分析国内外市场的基础上，遵循产业升级与转型的客观规律，编制中长期十年规划，颁布了“中国制造2025”，明确了十个重点行业，包含战略性新兴产业、先进制造业、等其他关系到国计民生的传统行业。其中制造业的主要方向是智能化、自动化，这和“中国工业3.0”相符合。“中国工业3.0”的重点是制造业全面运用数据库，运用数据库可以使产品的设计、制造、总装、分析都可以用电脑系统完成，这样大大提高了效率，降低了成本。液压元件制造业是中国制造业的一个重要组成部分，随着中国工业3.0的逐步实现，液压元件制造业也发生了翻天覆地的变化，如今液压元件的制造更加智能化、自动化。
1.2 研究意义
在中国工业飞速发展的今天，液压技术在工业中的应用越来越广泛。但近半个世纪来，中国的液压行业可以用三个字来形容小、散、差，在产品上就表现为粗糙、低廉，在产品性能与技术上表现为仿制跟踪、局部改进、没有创新。这篇论文就是为了改变这种现状，从实际出发结合理论来设计一款响应快、工作稳定的先导式溢流阀。溢流阀在液压系统起重要作用，它是用来稳定和限制液压的。一个性能良好的溢流阀可以在实际生产中带来可观的经济利益。
1.3 溢流阀的发展状况
1.3.1 国内外研究成果
1.起始于第一个五年计划，50年代初上海机床厂、天津液压厂可以仿制苏联液压阀。
2.自1976年开始，上海704研究所、北京冶金液压机械厂等机构自主研发二通插装阀。
3. 2002年华中科技大学设计出一款最大工作压力15Mpa，流量为40L/min的溢流阀。
4. 2006华中科技大学研发了用于细水雾灭火系统所用的压力阀，2007年研发了水液压比例溢流阀。
5. 中国朱碧海等人研制了一种先导式水压溢流阀是采用膜片形式的。
6.1989-1994这五年中丹麦danfoss公司和丹麦大学联手开发了许多纯水液压控制阀。
7. 2005年日本神奈川大学开发了一种直接检测先导式水压溢流阀，日本三菱和nabco公司分别开发设计出了水压伺服阀和平衡活塞式先导溢流阀。
8.日本的nba-co公司开发的先导式溢流阀的最高压力可以达到19.5mpa。
9. 德国hauhinco公司设计出了水液压比例溢流阀。
10．美国hunt等公司设计了一系新型类水介质水压阀。
溢流阀有两种类型，一种直动式，一种先导式。直动式溢流阀的开启和关闭是在液压系统压力直接发生作用下运行的。而先导式溢流阀的先导阀作为调压级，起到直动式溢流阀的调压弹簧一样作用，通过主阀和导阀之间的阻尼器，来控制主阀上腔的中间力。
1.3.2直动式溢流阀的发展状况
如今的直动式溢流阀已经不局限于低压小流量系统，最近几年也开发出了运用于高压大流量系统的直动式溢流阀。比如德国西德力士乐公司发明的DSD型直动式溢流阀的最大压力能达到39Mpa到62Mpa之间，DSD直动式溢流阀处于压 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
力30．10MPa时流速可以达到331 L／min。DSD型溢流阀在结构上拥有很多创新，它的第一种结构是把锥阀端部和支承弹簧圆盘上制造出环形槽结构，液流因为环形槽阻碍而改变了方向，此时液流会形成一个方向与弹簧力方向相反的射流力，这个力是用来抵消部分弹簧力增量的，它的大小与流量大小成正比。DSD直动式溢流阀的第二种结构是一种锥阀带活塞结构，这种结构的溢流阀是把活塞铣扁，导致活塞底部受到进口压力，锥阀在工作中不会倾倒，从而有效地控制了锥阀的径向振动。活塞与锥阀相连面被做成了对称锥面，对称锥面可以让液动力互相抵消。这种结构的弹簧支承盘上也被做出了偏流环槽，和上面一样这里环槽会产生一种用来抵消弹簧力增量的射流力。DSD溢流阀的第三种结构是球阀式的，这种结构中活塞和球阀的连接装置是一种阻尼弹簧，阻尼弹簧是用来增加球阀上的主弹簧刚度，减少预压缩量，阻尼弹簧可以更好地提高溢流阀的静态特性。
1.3.3先导式溢流阀的发展状况
先导式溢流阀的结构有三种，它们分别是三级同心式、二级同心式、—级同心式。三种先导式溢流阀结构各有不同，比如三级同心先导式溢流阀它的主阀芯上存在三处配合，所以它的表面同轴度要求较高，日本对三级同心式溢流阀进行了改进，他们拉长了溢流阀的尾碟，增加了溢流阀尾流环，同时将回油通道防振尾的部位做成了直角弯，这样降低了消耗，也降低了噪声。同时他们还在溢流阀主阀上腔部位和导阀前腔部位都设置了用来消除振动的滑块，消振滑块通过改变油液流动状态的来减小振动容腔。二级同心先导式溢流阀的主阀芯上存在着两处配合，所以它的表面同轴度要求也很高。日本的川崎重工业公司就研发了一种二级同心溢流阀，它的主要优点就是噪音低。川崎工业公司在研发溢流阀的时候把节流部分做成了长通道结构，这样做可以消除急剧的缩流，川崎公司为了防止产生负压影响，所以他们在阀座上开出了很多小孔来达到效果。二级同心先导式溢流阀与三级同心先导式溢流阀的差别是二级同心先导式溢流阀的面积梯度比三级同心先导式溢流阀大，所以它的动作更加灵敏，而且二级同心先导式溢流阀的压力稳定性与产品工艺性都要比三级同心先导式溢流阀的要好。 一级同心式先导溢流阀的特点是把滑阀作为其主阀，而且滑阀的下上端承压面积是相同的，这些也导致了一级同心先导式溢流阀的动作不灵敏、同时因为滑阀的结构使密封长度加长、反应速度变慢、过渡的时间变长、超调量加大。一级同心先导式溢流阀也有自己的优点，它的优点是其加工和装配都方便简单，一级先导式溢流阔的导阀所用的弹簧是碟形的非线性弹簧，这种碟形弹簧的刚度是不固定的，这样可使弹簧拥有较大的弹簧预紧力。并且当阀心工作移动到指定的阀口开启时，弹簧力增加不明显，这样启闭谓压差值就减少了，如果是轴向位移比较大的溢流阀采用蝶形弹簧它的性能会得到显著的提升。上面说的各种溢流阀它们的阻尼器阻尼都是一个定值，另外还存在一个变阻尼器结，它是在主阀芯上套一个滑阀，两者组成一个环形阻尼器。这个阻尼器的阻尼值跟滑阀的轴向移动量有关。这种装有环形阻尼器的溢流阀它的结构紧凑、零件体积小。因为工程机械的高压、大流量、动作迅速等要求苛刻，所以必须运用这种装有环形阻尼器的溢流阀。现在人们取消了阻尼滑阀，而将主阀的中心孔做成加工简单的短粗孔，同时在中心孔內插进圆柱形钢丝，因为钢丝在轴向位置上固定并且钢丝在孔内可以稍微径向移动，所以阻尼器本身就具备了自我清洁能力。这种新式的阻尼器溢流阀具有加工容易，成本低廉，阻尼稳定可靠的优点。 先导式溢流阀它的主阀体与先导阀体之间相互位置配合形式存在三种：（1）直角式、（2）平行式、（3）同轴式。现在先导式溢流阀—般会存在两个阻尼器，也有存在三个阻尼器的，这些先导式溢流阀的阻尼器有的是串联的，有的是并联的，同时也可能串并联共存。但是—般情况多用串联的。阻尼器与阀芯它们之间的相对位置分为三种（1）阀前阻尼，（2）阀中阻尼，（3）阀后阻尼，这三种相对位置中阀前阻尼的效果是最好的。
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