液压多路换向阀组合矩形节流槽稳态液动力分析.pdf

液 压 气 动 与 鼍 封 ／2 0 1 6年 第 03期 d o i l O ．3 9 6 9 4 ．is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ．2 0 1 6 ． 0 3 ．0 1 1 液压多路换向阀组合矩形节流槽稳态液动力分析 杨 涛， 聂文磊 ， 夏书强 徐工集团 江苏徐州工程机械研究院， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 4 摘 要 基于液压多路换向阀组合矩形节流槽流量微动特性的试验和稳态液动力的计算， 对组合矩形节流槽油液流入与流出方向的稳 态液动力进行了研究 ， 获得了稳态液动力的变化规律。研究发现 组合矩形节流槽稳态液动力与油液流动方向关系密切 ， 当油液流出 组合矩形节流槽时， 液动力朝向阀口关闭方向； 当油液流入组合矩形节流槽时 ， 液动力随阀芯行程增大由开启方向过渡至关闭方向。 由于受到稳态液动力的影响， 阀芯的实际控制行程与设计行程存在偏差。在控制启动冲击压力的前提下， 采用流入方 向组合矩形节 流槽结构， 阀芯行程偏差较小。 关键词 多路换向阀； 组合矩形节流槽； 稳态液动力 ； 流动方向 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 3 4 0 4 S t e a d y ． s t a t e Hyd r o d yn a mi c Fo r c e An a l y s i s o n Co mbi n a t i o n Re c t a n g u l a r No t c h Or i fic e o f M u l t i p l e Di r e c t i o na l Va l ve Y A NG T a o， NI E We n l e i ， XI A S h u q i a n g J i a n g s u Xu z h o u C o n s t r u c t i o n Ma c h i n e r y Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Xu z h o u 2 2 l 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n t h e fl o w c h a r a c t e ris t i c s e x p e rime n t a n d fl o w f o r c e c a l c u l a t i o n o f c o mb i n a t i o n r e c t a n g u l a r n o t c h o r i fi c e i n mu l t i p l e d i r e c t i o n a l v a l v e ． Th e flo w f o r c e wa s i n v e s t i g a t e d wh e n fl o w i n a n d o u t o f t h e c o mb i n a t i o n r e c t a n g u l a r n o t c h o rifi c e ， t h e r u l e s o f f l o w f o r c e h a d o b t a i n e d ． I t h a s s h o wn tha t fl o w f o r c e h a s c l o s e r e l a t i o n s h i p wi t h the fl o w d i r e c t i o n ， wh e n t h e flo w o u t o f t h e c o mb i n ati o n r e c t an g u l a r n o t c h o rifi c e ， the fl o w f o r c e l e t t h e o rific e c l o s e ； wh e n the flo w i n t h e c o mb i n a t i o n r e c t a n g ul a r n o t c h o r i fi c e ， the fl o w f o r c e l e t the o rifi c e f r o m o p e n t o c l o s e a s the s p o o l d i s t an c e i n c r e a s e ． F o r the i n fl u e n c e o f fl o w f o r c e ， t h e a c t u a l d i s t a n c e o f t h e s p o o l h a s wr a p wi t h t h e d e s i g n d i s t a n c e ． Wh e n the i mp a c t p r e s s u r e wa s c o n t r o l l e d , the wr a p o f th e s p o o l wi l l d e c r e a s e wh e n fl o w o u t o f the c o mb i n a t i o n r e c t a n g u l a r n o t c h o r i ri c e s t r u c t u r e wa s s e l e c t e d ． Ke y wo r d s mu l t i p l e d i r e c t i o n a l v a l v e ； c o mb i n a t i o n r e c t a n g u l a r n o t c h o r i fi c e ； h y d r o d y n a mi c f o r c e ； fl o w d i r e c t i o n O 引言 矩形节流槽是液压 多路换向阀中基本节流槽形式 之一， 该形式的节流槽阀口开度较小时， 流量增益大； 阀口开度较大时， 流量增益小 ， 特别适合于执行机构对 启动灵敏性与快速稳定性的要求。矩形节流槽同时还 具有加工工艺性好， 成本低等显著优势I 。因此， 在液 压多路换向阀设计中普遍采用以矩形节流槽为基本结 构形式的组合矩形节流槽来满足执行机构对流量控制 特性 的要求 。 液压 多路换 向 阀主要采用 液控先 导换 向控制方 式， 在一定的先导压力下阀芯各控制台肩的节流槽的 通流面积反映了操作者对流量的要求， 进而反映了对 执行机构速度的要求 。在实际操作中， 由于受到液动 力与摩擦力等因素的影响， 阀芯实际控制行程与先导 压力下阀芯设计行程并不相同， 导致各控制台肩实际 通流面积与设计值存在偏差， 对主阀通流流量造成一 收稿 日期 2 0 1 5 0 9 1 7 作者简介 杨涛 1 9 8 2 一 ， 男， 山西太原人， 工程师， 硕士， 研究方向为工 程机械液压系统及元件设计开发。 3 4 定 影响 。采 用节 流槽 形式控制 通流 流量 的阀芯结构 中， 稳态液动力在各类影响因素中数值较大， 与阀芯各 控制 台肩实际控制流量存在密切关系 。在 阀芯结构设 计 中节流槽可 以设计 为油液流入方 向与流 出方向两种 结构形式 ， 液动力对其影响也有不同。 本文针对某型液压挖掘机多路阀采用组合矩形节 流槽形式的阀芯控制台肩进行研究 ， 分析了组合矩形节 流槽流人方向、 流出方向两种结构条件下稳态液动力对 阀芯实际控制流量的影响， 为多路阀的设计提供参考。 1 组合矩形节流槽及其阀口面积计算 图1 为所研究的多路阀组合矩形节流槽结构图， 沿 控制台肩周向分布有 5 种不同尺寸规格的矩形节流槽 共 8 个， 构成设计所需的组合矩形节流槽。表 1 为5 种 矩形节流槽的结构特征参数 。 从表 1 矩形节流槽长度参数可知当阀芯沿轴线移 动时， 各节流槽依次起节流作用， 该控制台肩所需阀口 面积变化规律由各矩形节流槽的结构特征参数及分布 数量组合而成。编制计算程序获得组合矩形节流槽面 积变化趋势如图2 所示， 有关矩形节流槽面积计算方法 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 6 可查阅相关文献 ， 在此不再赘述。 上 图1多路换向阀组合矩形节流槽 表1多路阀控制台肩节流槽特征参数 、 恒 靶 鹾 担 如 维 台矩 形 节 ’撬 } 蒋行 程 ／ m 图2组合矩形节流槽通流面积 2 组合矩形节流槽阀 口流量微动特性 试验 为研究稳态液动力对组合矩形节流槽的影响， 搭 建试验回路如图3 所示， 被试多路阀阀芯一侧由先导控 制油液控制换向， 另一侧安装磁致伸缩位移传感器检测 阀芯位移。主泵为电比例变量泵， 供油流量调定至设计 流量 2 1 0 L ／ mi n ， 安全 阀调定压力 3 5 MP a ， 加载溢流 阀调 定压力 1 ． 5 M P a ， 油温5 0 ， 压力传感器分别采集被试阀 进口与出口压力， 流量传感器采集通过被试阀的流量。 液控 先埒胝 力 图3测试系统回路原理 试验过程中缓慢增加先导压力使被试阀芯换向， 控制台肩两侧试验压力变化情况如图4 ， 流量变化情 况如图5 ， 阀芯位移变化情况如图6 。被测阀芯控制行 程包括死区、 组合矩形节流槽控制与全周开口控制三 个区段， 本文主要针对图6 中组合矩形节流槽控制区 段的稳态液动力进行分析 ， 即先导压力 6 1 7 b a r 控制 区间 。 皇z ＼ 奋- 毒2 婺z 赠l 茎 曩 星 、、 均 先导压力／ b a r 图 4 阀芯测试压 力变化 先 艇 力／ b a r 图5 阀芯测试流量变化 冗 导压 力／ b a r 图6 阀芯位移变化 3 组合矩形节流槽流出方 向稳态液动 力分析 对液控先导多路换 向阀 ， 在 阀芯换 向过程 中影响 阀芯实际控制行程的因素主要包括液控先导压力 、 先 导弹簧力 、 稳态液动力 、 瞬态液动力 、 摩擦力等 ， 在试验 过程中阀芯液控先导压力变化率极小 ， 忽略瞬态液动 力、 摩擦力等因素的影响， 阀芯受力平衡方程 j 0 p i lo t AFf k x 1 式中 。 先导控制压力； A 先导压力作用面积； ／一 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i C S ＆ S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 6 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 3 ． 0 1 2 简易液压缸工况模拟试验台的设计与应用 钱老红 ， 陈 禄 ， 易新新 蚌埠液力机械有限公司， 安徽 蚌埠2 3 3 0 3 0 摘 要 依据客户要求 ， 需要对新研制的液压缸进行工况模拟试验， 该公司设计制作了一种简易工况模拟试验台， 试验台包括机械支撑 平台、 液压试验系统、 水冷却循环系统和电器控制与显示系统， 运用该试验台对被试液压缸进行十万次的往复负载试验， 以检测被试 液压缸的性能。 关键词 液压缸； 试验台； 1 况模拟； 设计 中图分类号 T H1 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 3 7 0 3 The De s i g n a n d Ap p l i c a t i o n of a Si mp l e Te s t Be n c h wi t h S i mu l a t i o n Hy d r a u l i c Cy l i n d e r W l0 r k i n g Co n d i t i o n Q I A NL a o h o n g , C H E NL u , } 71 X i n - x i n B e n g b u YE L i Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， Be n g b u 2 3 3 0 3 0 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e r e q u i r e me n t o f c u s t o me r , t h e wo r k i n g c o n d i t i o n s i mu l a t i o n e x p e r i me n t o f t h e n e wl y d e v e l o p e d h y d r a u l i c c y l i n d e r s h o u l d b e c a r r i e d o u t ． Ou r c o mp a n y d e s i g n e d a n d ma n u f a c t u r e d a s i mp l e t e s t b e n c h t o s i mu l a t e t h e wo r k i n g c o n d i t i o n o f h y dra u l i c c y l i n d e r ． T h e f o u r p a rs ， me c h an i c a l s u p p o r t p l a t f o r m， h y dra u l i c t e s t s y s t e m， wa t e r c o o l i n g m a d c i r c u l a t i n g s y s t e m， e l e c t r i c c o n t r o l a n d d i s p l a y s y s t e rn， we r e i n c l u d e d i n t h e t e s t b e n c h ． T h e r e ； Ir o c a t i n g l o a d t e s t o f t h e h y dra u l i c c y l i n d e r wa s o p e r a t e d f o r o n e h u n dre d t h o u s a n d t i me s t o d e - t e c t t h e p e r f o rm a n c e o f t h e h y dra u l i c c y l i n d e r b y u s i n g t h e t e s t b e n c h ． K e y wo r d s h y dr a u l i c c y l i n d e r ； t e s t b e n c h ； wo r k i n g c o n d i t i o n s i mu l a t i o n ； d e s i gn O 引言 液压缸是液压系统中的重要执行元件 ， 其性能的 优劣不仅决定液压系统的可靠性， 而且影响工程机械 设备的正常运行。在液压缸实际生产中， 一般都是通 过液压缸试验台来检验液压缸的性能和和质量， 目前 国内液压缸的生产均依据 G B ／ T 1 5 6 2 2 2 0 0 5 和J B ／ T 1 0 2 0 5 2 0 1 0 ， 结合各 自 产品的特点设计、 开发液压缸试 验 台， 但无法模拟液压缸运行 的实际工况n 。本公 司 针对客户的要求， 依据被试液压缸本身的特点， 设计制 收稿 日期 2 0 1 5 一l 1 0 3 作者简介 钱老红 1 9 8 9 一 ， 男 ， 安徽安庆人， 助理丁程师， 硕士研究生 主要从事液压机械设计与T艺研究。 - - - - - - 较流 出方 向大 ； 随阀 口开度增大阀芯实 际行程与设计 行程偏差较流出方小 ， 更能准确地反映操作者的工作 意图。在控制启动冲击的前提下， 采用流人方向组合 矩形节流槽形式更优。 参考文献 【 1 】 冀宏， 张继环， 王东升， 等． 滑阀矩形节流槽阀口的流量系数 【 R 】 ． 兰州第六届全国流体传动与控制学术会议， 2 0 1 0 ． 【 2 】 王东升． 节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力计算的研 究【 D 】 ． 兰州 兰州理工大学， 2 0 0 8 ． 作了一种简易液压缸工况模拟试验台， 以检测所研制 液压缸 的性能 。 1 工况模拟试验 台的设计 依据客户需求 ， 本公司研发的新型起升液压缸应 满足以下工况要求 起升液压缸工作压力为 1 5 M P a ， 起 升负载为 1 ．5 t ， 负载重物在液压缸作用下起升和回落， 运行十万次后液压缸无外漏， 允许密封件有损坏和少 量内泄漏。针对以上工况要求 ， 本公司设计制作一种 起升液压缸简易工况模拟试验台来模拟实际工况， 并 通过对液压缸十万次的连续运行试验来检测液压缸的 性能， 以确保产品良好的质量。 该工况模拟试验台组成示意图如图 1 所示， 主要由 [ 3 】 杨 尔庄． 液压 技术发展动 向及展望[ J 1 ． 液压 气动与密封 ， 2 0 0 3 ， 4 1 7 ． 【 4 ] 高殿荣． 液压技术中复杂流道流场的数值模拟与可视化研 究【 D 】 ． 秦皇岛 燕山大学， 2 0 0 1 ． [ 5 ] 路 甬祥． 对流体传动与控制技术的系统哲学思考[ J 1 ． 液压气 动与密封， 2 0 0 5 ， 5 4 6 ． [ 6 】 王福军． 计算流体动力学分析一 C F D软件原理及应用【 M】 ． 北 京 清华大学出版社， 2 0 0 4 ． 【 7 】 韩占忠， 王敬， 兰小平． F L U E N T流体工程仿真计算实例与应 用[ M 】 ． 北京 北京理工大学出版社， 2 0 0 4 1 9 2 0 ．