Nonlinear Dynamics Behaviors of Two-way Cartridge Valves

Abstract

Abstract: In order to study the nonlinear vibration problems of the valve spools in the direction control circuit of two-way cartridge valves during the opening processes with pressure fluctuations，considering the pipeline volume effects，a nonlinear dynamics model of valve spools was established，and the numerical simulation was carried out by MATLAB/Simulink.Firstly，according to the model oil source pressure fluctuations existing or not，the opening characteristics of valve spools were studied by means of time domain diagram and phase diagram.Furthermore， in the conditions of oil source pressure fluctuations， the influences of different pressure grades of oil source on the valve spool were analyzed.Finally， for different pipe lengths， the influences of pipe length on the dynamics behaviors of valve spools were studied.The results show that the vibration behaviors of valve spools may be caused by the pressure fluctuations of oil source.In the same pressure fluctuations of oil source， the vibration behaviors of valve spools are weakened with the increase of oil source pressures，which is not easy to collide.Increasing the pipe lengths between pump outlet and valve group， the nonlinear vibration behaviors of valve spools are easily occured，accompanied by paroxysmal vibration beharior.The research provides a theoretical basis for the instability mechanism of large cartridge valve.

Key words: pressure fluctuation, pipeline volume effect, two-way cartridge valve, nonlinear dynamics

摘要： 为研究二通插装阀主阀芯在压力脉动条件下开启过程中的非线性振动问题，考虑管道容积效应，建立了插装阀主阀芯动态过程的非线性动力学模型，利用MATLAB/Simulink进行了数值仿真。首先根据模型中油源压力不存在脉动项和存在脉动项两种情况，通过时域图以及相图研究了插装阀主阀芯的开启特性；然后，在考虑油源压力脉动的条件下，分析了油源的不同压力等级对插装阀主阀芯动力学行为的影响；最后，针对不同管道长度，研究了管道长度对插装阀主阀芯动力学行为的影响。结果表明：油源压力脉动会引起插装阀主阀芯出现振动行为；在相同油源压力脉动条件下，随油源压力增大，主阀芯振动行为减弱，不易发生碰撞行为；泵出口到阀组间管道长度越长，主阀芯越容易发生非线性振动行为，并伴随着阵发性振动行为的产生。研究结果为探究大型插装阀的失稳机理提供了理论依据。

关键词: 压力脉动, 管道容积效应, 二通插装阀, 非线性动力学

CLC Number:

TH137
TH113

ZHANG Yongshun1,2;JIANG Wanlu1;SU Xiao1;LEI Yafei1. Nonlinear Dynamics Behaviors of Two-way Cartridge Valves[J]. China Mechanical Engineering.

张永顺1,2;姜万录1;苏晓1;雷亚飞1. 二通插装阀非线性动力学行为[J]. 中国机械工程.

References

[1]黄人豪，濮凤根.二通插装阀和比例控制技术在中国重大工程和装备中的应用[J].流体传动与控制，2004，1（2）：24.
HUANG Renhao，PU Fenggen.Aplications of Hydraulic Catridge Valve and Proportional Contral Technology[J].Fluid Power Transmission and Control，2004，1（2）：24.
[2]姚静.锻造油压机液压控制系统的关键技术研究[D].秦皇岛：燕山大学，2008：25-28.
YAO Jing.Research on Key Technology of Hydraulic Control System in Forging Oil Press[D].Qinhuangdao：Material Processing Engineering of Yanshan University，2008：25-28.
[3]邵森寅，丁川，陈兴达，等.插装式顺序阀压力恢复特性的探讨[J].重型机械，2007（6）：35-38.
SHAO Senyin，DING Chuan，CHEN Xingda，et al.Pressure Recovery Characteristics Exploration of Cartridge Type Sequence Valve[J].Heavy Machinery，2007（6）：35-38.
[4]张威.二通比例流量插装阀的动态特性仿真[J].液压气动与密封，2016，36（1）： 26-28.
ZHANG Wei.Simuliation for Dynamic Performance of Proportion Flow Cartridge Valve[J].Hydraulics Pneumatics & Seals，2016，36（1）：26-28.
[5]庞积伟.插装阀数学模型的建立及其动态仿真研究[J].机电工程技术，2011，30（6）：14-17.
PANG Jiwei.Mathematical Modeling and Dynamic Simulation of Cartridge Valve[J].Mechanical &Electrical Engineering Technology，2011，30（6）：14-17.
[6]王安麟，施中秋，胡育钦，等.插装阀组集成控制液压系统瞬时失效机理解析[J].同济大学学报（自然科学版），2011，39（7）：1056-1061.
WANG Anlin，SHI Zhongqiu，HU Yuqin，et al.Analysis of Instantaneous Failure for Cartridge Valves in Integrated Control Hydraulic System[J].Journal of Tongji University（Natural Science），2011，39（7）：1056-1061.
[7]杨忠炯，周振峰，周立强.振动环境下插装阀的动态特性[J].振动、测试与诊断，2016，36（1）：17-21.
YANG Zhongjiong，ZHOU Zhenfeng，ZHOU Liqiang.Study on Dynamic Characteristics of Cartridge Valve in a Vibration Environment[J].Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis，2016，36（1）：17-21.
[8]HAYASHI S，HAYASE T，KURAHASHI T.Chaos in a Hydraulic Control Valve[J].Journal of Fluids and Structures，1997，11（6）： 693-716.
[9]马威，马飞，周志鸿，等.直动式溢流阀的分岔分析与实验[J].振动、测试与诊断，2016，36（3）： 529-530.
MA Wei，MA Fei，ZHOU Zhihong，et al.Bifurcation Analysis and Experimental Study of Direct-acting Relief Valve[J].Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis，2016，36（3）：529-530.
[10]姜万录，朱勇，杨超.直动型溢流阀非线性动力学行为研究[J].中国机械工程，2013，24（20）： 2705-2709.
JIANG Wanlu，ZHU Yong，YANG Chao.Study on Nonlinear Dynamics Behavior of a Hydraulic Relief Valve[J].China Mechanical Engineering，2013，24（20）：2705-2709.
[11]张宇琛，赵继云，谢腾飞.二级先导插装阀动态性能仿真与优化[J].煤矿机械，2011，32（6）：87-89.
ZHANG Yuchen，ZHAO Jiyun，XIE Tengfei.Dynamic Properties Simulation and Optimization of Cartridge Valve[J].Coal Mine Machinery，2011，32（6）：87-89.
[12]敏政，张友亮，田丽红，等.基于AMESim的二通插装阀建模及动态特性仿真分析[J].甘肃科学学报，2016，28（1）：127-130.
MIN Zheng，ZHANG Youliang，TIAN Lihong，et al.Modeling and Dynamic Characteristics Simulation Analysis of AMESim-based Two-way Cartridge Valve[J].Journal of Gansu Sciences，2016，28（1）： 127-130.
[13]满在朋，丁凡，刘硕，等.大流量电液控制阀设计与试验[J].农业机械学报，2015，45（1）：345-351.
MAN Zaipeng，DING Fan，LIU Shuo，et al.Design and Experiment on Large-flow-rate Electro-hydraulic Control Valve[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2015，45（1）： 345-351.
[14]杨国来，赵梅香，苏华山，等.一种新型插装式溢流阀的稳态性能研究[J].液压与气动， 2015（3）： 94-98.
YANG Guolai，ZHAO Meixiang，SU Huashan，et al.Static Performance of a New Type of Cartridge Relief Valve[J].Chinese Hydraulics & Pneumatics，2015（3）：94-98.
[15]司癸卯，孟小净，周加永.夯实机液压系统中插装阀阀心位置控制与仿真分析[J].中国工程机械学报，2013，11（1）：51-54.
SI Guimao，MENG Xiaojing，ZHOU Jiayong.Positional control and Simulation Analysis on Cartridge Valve Spool for Tamper Hydraulic Systems[J].Chinese Jouronal of Construction Machinery，2013，11（1）：51-54.