节流槽阀口的流量控制特性研究.pdf

．应用研究 俞宏福贾文华殷晨波节流槽 阀口的流量控制特性研究 节流槽 阀 口的流量控 制特 性研 究 俞宏福 ， 贾文华 ， 殷晨波 1 ． 三一重机有 限公司， 江苏 昆山2 1 5 3 0 0 2 ． 南京工业大学 车辆与工程机械研究所 ， 江苏 南京2 1 0 0 0 9 摘要 对半 圆形、 单三角形、 三角半 圆形和双半 圆形节流槽 阀 口的流量 系数进行 了研 究。基于阀 口的流量压差特性试验 ， 在 已实现程序化计算阀1 3 通流面积的基础上 ， 获得 了上述 4种 节流槽 阀 口的流量 系数及其变化规律 ， 对节流槽滑阀的设计及其流量精确预测具有重要 实用价值。 关键词 滑阀； 节流槽 ； 流量 系数 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 之 章编号 1 6 7 2 1 6 1 6 2 0 1 1 0 70 0 7 30 3 在工程机械中， 总是希望通过减小控制阀的调 节梯度来提高调节精度 ， 以减少换 向或调节时的压 力冲击 ， 从而保证整机运行的平稳性 、 可靠性及操 作 的舒适性 。节流槽阀 口的水力半径大， 抗阻塞性 能好， 面 积 梯 度 容 易 控 制 ， 其 流 量 微 调 性 能 优 良 | 2 J 。但节流槽 腔 内的流动 比较复 杂 ， 传统 意 义上流量系数的常数化取值在节流槽上并不能适 用l 3 J ， 有关节流槽 阀 口的流量 系数的系统研究 还 有待深入研究 。 1 节流槽 阀口的结构形式及参数选 择 滑阀中所用的节流槽的结构形式很多， 图 l 列 出了几种节流槽结构 ， 如单 三角形 、 半 圆槽形 以及 多种形状的组合形式等。节流槽对流量 的节流控 制特性取决于其 阀口面积和流量系数 ， 节流槽阀 口 面积反映了节流槽的通流几何尺寸 ， 流量系数反映 了节流槽结构对液流 的局部阻力特性及局部阻力 对节流槽通流能力的影响。 图 1 节流槽结构形式 单三角形 、 三角半圆槽组合形 、 半圆槽形、 双半 节流槽的具体尺寸见表 1 。实验 中采用 的节 圆槽形的结构尺寸参数如图 2所示 。 流槽在阀芯圆周上均匀布置 ， 节流槽数均为 2 。 盛 l l l | 譬 擘 ＼ ＼ r ／ 忸 ， L f f ⋯ }。 iIr JI ／ ∥ ， I 1 ⋯。 ’ 收稿 日期 2 0 1 1 0 3一O 2 作者 简介 俞宏福 1 9 6 3一 ， 男 ， 安徽芜湖人 ， j一重机有限公司高级工程师 ， 硕士 ， 主要研究方向为高效节能技术 、 智能控制 、 计算 仿真等。 7 4 2 0 1 1 年 4月 中国制造业信息化第 4 O卷第 7期 表 1 节流槽结构参数 图 2和表 1中节流槽参数的具体含义如下 r 1 为半 圆节流槽的半圆半径； h 为半圆、 单三角形 槽和组合节流槽的第一级槽的槽深； L 为半圆、 单 三角形槽和组合节流槽的第一级槽 的槽长； L1 2 为 组合节流槽的第二级槽 的槽 长 ； r 为组合节流槽 的第二级槽的半圆半径 ； h 2为组合节流槽 的第二 级槽的槽深 ； L 2为组合节流槽 的第一级槽 的总槽 长 ； p为单三角形槽 的_ r 具投影角。 2 节流槽流量特性的实验装置 如图 3所示 ， 步进 电机将旋 转运动传递 给丝 杆 ， 通过丝杆螺母将旋转运动转变为直线运动， 阀 芯连接板将直线运动传递给阀芯， 实现阀芯步 1 一油箱 ； 2 一 电机 ； 3 --变量泵 ； 4 --溢 流阀； 5 一背压阀 ； 6 -- 电机； 7 一丝杆 ； 8 一被试阀 ； 9 一压磁式力传感器 ； 1 0 ， 1 2 一压力传感器 ； 1 1 一流量传感器 ； 1 3 --数据采集卡； 1 4 一计算机 ； 1 5 一 电机驱动板 图 3实验原理 图 进[ 3 ]3。每个被试阀芯上布置有一种 节流槽 。变量 泵的流量调定 为 6 0 L ／ mi n ， 溢 流阀的调定压力 为 3 ． 0 MP a ， 背压阀的调定压力为 0 ． 8 MP a ， 数据采集 系统通过流量传感器、 压力传感器和压磁式力传感 器分别采集被试阀的流量、 压力和阀芯的液动力。 系统选用的进 出口压差为 2 ． 2 MP a ， 此压差可以避 免发生气穴l 4 l ， 阀内流动可视为单向流。 实验 初 始 条 件 1 压 力 入 口边 界 条 件 为 3 ． 0 MP a ； 2 压力 出口边界条件为 0 ． 8 MP a ； 3 油 液密度为 8 8 9 k g ／ m3 。 由液压阀 口压力流量的特性通用公式 q Ca A √2 A p／ p 1 可 得 Cd q ／ A ／ p ／ 2 A p 2 式中 流量 q和压力差 A p为实验数据 ， 单位分别 为 L ／ rai n 、 MP a ， 在本实验中 A p 2 ． 2 MP a 。实验 所用的节流槽 的阀 V I 面积 已由程 序计 算获得[ 引， 实验阀芯节流槽 的阀口面积如 图 4所示。 图 4 节流槽 阀口面积 3 结果与分析 根据式 2 代人进出15压差 Ap2 ． 2 MP a 、 流 量实测值 q 如图5 所示 和节流槽阀15面积计算 值 A， 可得 出流量系数 C d ， 如图 6所示。 从 图 6可以看出， 节流槽阀口的流量系数随阀 口开度变化而变化， 当 zl mm到阀 口全打 开， 流量系数有平缓上升趋势 ； 对于半 圆形槽和双 半圆形槽在整个 阀芯移动过程中， 流量系数均变化 平缓。从图 6流量系数曲线可知， 在不同阀口的移 动区段流量系数可以取不 同的确定数值。半圆形 ．应用研究． 俞宏福贾文华殷晨波节流槽阀口的流量控制特性研究 槽的流量系数变化最平缓可 以取为 0 ． 6 0 ； 双半圆 形槽的流量系数在 2 mm 时取 0 ． 4 0 ， 其余区段 可以约取为 0 ． 6 1 ； 单三角形在 z I mm， 三角半圆 槽 在 z 1 mm， 2 n ml时流量 系 数 可 以取 0 ． 2 0 ， 其余 区段线 性上升。在组合节 流槽 的交 接 处 ， 流量系数较小。 图 5 节流槽阀 口流量特性 图 6节流槽 阀 口流量 系数 流量系数反映了节流槽阀口局部的液阻特性 ， 流量系数越大 ， 阀 口液阻越小 ， 在相同压差下 ， 通过 阀口的流量越多。在 阀口的中间区段 ， 节流槽的节 流效果明显 ， 对液流呈 现出较大 的阻力 ， 流量系数 较小。三角形节流槽在阀口开度很小时， 阀口的出 流特性接近薄壁孔的出流特性 ， 节流槽对液流的阻 f ] 作用较小 ， 流量系数较大。 4 结束语 本文对半 圆形 、 双半 圆形 、 单三角形和三角半 圆形槽阀口的流量系数进行 了研究 。节流槽 阀 口 的流量系数随阀口开度变化而变化 ， 三角形节流槽 在小开 口时流量系数较大， 在阀 口中间区段流量系 数较小 ， 半圆形节流槽 的流量系数变化平缓。节流 槽流量系数的研究对节流槽滑 阀流量 的程序化设 计和精确预测具有重要实用价值。 参考文献 [ 1 j B o r g h i Ma s s i mo ， Mi l a n i Ma s s i m o ，P a o l u z z i R o b e r t o ．I n fl u e n c e o f n o t c h e s s h a p e a n d n u mb e r o f n ot c h e s o n t h e me t e r i n g c h a r a c t e r i s t ic s o f h y d r a u l ic s t x x l v a l v e s [ J ] ．I n t e ma t io n a l J o u r n a l o f F 1 u i d P o w e r ， 2 0 0 5 ，3 2 5 1 8 ． [ 2 ] A mi r a n t e R， De l Ve s c o v o G，L i p pol i s A． F l o w f o r c e s a n a ly s i s o f a n o p e n c e n t e r h y d r a u l i c d i r e c t io n a l c o n t r o l v a l v e s l i d i n g s p o o l [ J ] ．E n e r g yC o n v e r s io n a n dMa n a g e me n t ， 2 0 0 6 ， 4 7 1 1 1 4一 l 3 1． [ 3 ] 殷 晨波 ， 贾文华 ， 蒋国进．一种液压滑 阀腔体 内部流场压力测 量装置[ P ] ． 中国 Z L 2 0 1 0 1 0 2 3 1 4 0 2 ． 4 ． 2 0 1 0 ． I 4 ] 杜学文， 邹俊 ， 傅新， 等． 节流槽结构对气穴噪声的影响 [ J ] ．浙江大学学报 ， 2 0 0 7 ， 4 1 3 4 5 64 6 5 ． 1_ 5 J J i a We n h u a，Yin C h e n b o ．C o mp u t a t io n a l A n a l y s is o f t h e F lo w Ch a r a c t e r i s t i c s o f V ～U a n d U U Not c h i n S p o o l s o f Va l v e s [ C] ／ ／ Th e P r o c e e d i n g s o f 2 n d I C C AE 2 0 1 0 ．S i nga p o r e I E E E Co mp u t e r S o c i e t y，2 01 0 2 2 22 2 5． Fl o w Co nt r o l Cha r a c t e r i s t i c s ol S p o o l Va l v e wi t h No t c he s YU Ho n gf u ． J I A We nh u ， YI N Ch e nbo2 1 ． S AN Y C o ．L t d ． ， J i a n g s u Ku n s h a n ， 2 1 5 3 0 0 ，C h i n a 2 ． Na n j i n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， J i a n g s u Na n j i n g ， 2 1 0 0 0 9 ，C h i n a Ab s t r a c t I t a n a l y z e s t h e f l o w c o e f f i c i e n t o f s e mi c i r c u l a r ，s i n g l e t r i a n g l e ，t r i a n g l e s e mi c i r c u l a r a n d t h e d o u b l e s e mi c i r c u l a r n o t c h e s ．Ba s e d o n t h e e x p e r i me n t a l o f d i s c h a r g e a n d d i f f e r e n c e p r e s s u r e ，i t o b t a i n s t h e p r o g r a mme d c a l c u l a t i o n o f n o t c h e s ，t h e f l o w c oe f f i c i e n t a n d i t s v a r i a t i o n o f t h e a b o v e n o t c h e s ．Th i s s t u d v h a s s o me v a l u e f o r t h e s p o o l v a l v e d e s i g n wi t h n o t c h e s a n d a c c u r a t e p r e d i c t i o n ． Ke y wo r d s S t o l Va l y e ；No t c h e s ；F l o w C o e f f i c i e n t