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现代工业的迅猛发展增加了对液压同步驱动技术的需求,实现机械同步的方案也多种多样,用液压同步阀解决液压同步仍然是最为简单和可靠的方法。然而,现有同步阀的同步精度并未随机械加工水平的提高而得到显著改善,分流误差仍然为1%~3%,集流误差更大,特别是多缸驱动时的误差累积,使同步阀最多只能完成3级8缸驱动。伺服阀同步系统的精度虽然较高,但其能耗、价格、抗污染能力及稳定性对很多工作场合的适应性不强,在此背景下,工程中同步驱动高精密、自动化的趋势与同步阀精度偏低的矛盾逐渐凸显。因此,结合现代加工技术进一步提高同步阀的同步精度既是时代的迫切要求,也是本文的研究目的。 首先,现有同步阀大都依靠圆形可变节流孔进行流量补偿,而节流孔面积与两端压力差并非线性关系,加上对中弹簧对阀芯位移的影响,使得分流误差在理论上并不为零;其次,当偏载过大时,大负载端的可变节流孔几近关闭,严重限制了同步阀的抗偏载能力;最后,阀芯所受液动力、摩擦力、非水平安装时的重力相对于阀芯平衡力不可忽略,这些因素都会对同步精度产生很大的影响。上述不利因素不会因加工水平的提高得到消除,因此需要对同步阀的理论进行进一步的改进和完善。针对现有同步阀的缺陷与不足,本文从薄壁小孔的流通特性着手,结合同步阀流量补偿的基本原理,对同步阀的控制方式及可变节流孔形式做了改进,将负载压力信号直接作用在阀芯两端,通过计算负载变化时可变节流孔与阀芯位移的函数关系,使可变节流孔面积与孔两端压差的二分之一次方的乘积保持恒定值,从而保证两支路的流量相等。根据该思路,首先对新型同步阀的结构及工作原理进行了设计与分析,然后借助计算机仿真软件AMESim深入分析了其静动态性能。在此基础上,通过仿真结果找出了新型同步阀设计的不足,进一步改进了新阀的工作原理及结构,并重新分析了改进后新型同步阀的性能。最后,为保证新型同步阀的结构强度能够满足工作条件的要求,利用有限元分析软件ANSYS workbench分析了主要零件的强度,并对其结构尺寸、材料分配进行了优化设计。 新型同步阀的性能基本上达到了预期目标,不考虑工作流量变化及加工误差的情况时,新阀的最大分、集流误差分别达到了0.64%及0.75%,但是结构尺寸误差及流量误差对新型同步阀的影响比较大。通过对新阀增加固定节流孔及二级反馈装置,大幅提高了新型同步阀对上述不利因素的抗干扰能力,对流量及加工误差的适应范围更宽。此外,该阀的活塞反馈力远大于液动力和摩擦力,因此大大减小了液动力和摩擦力对阀芯位移的影响。同步阀零件的优化设计不但减小了阀的质量,而且使材料的分配更加合理,特别是阀芯,其质量减小了29%,更加有利于同步阀的动态响应速度。