减压式手动比例先导阀泄漏原因分析及结构改进.pdf

减压式手动比例先导阀泄漏原 因分析及结构改进六 口 王兆强 口冀宏 口 王乃民 口李珊珊 1 ． 兰州理工大学 能源与动力工程学院 兰州 7 3 0 0 5 0 2 ． 海洋石油工程股份有限公司 天津 3 0 0 4 5 2 摘要针对减 压式手动 比例先导 阀开发过 程 中出现的 中位 泄漏较 大的 问题 ， 从其结构和 工作原理 出发 ， 分析 了各 种 可能的泄漏途 径 ， 利用缝隙流动和 阀口流量公 式 ， 分 别计算 了各种泄 漏量 的大小。 计算结果和泄漏量 实测结果表 明 ， 该 阀在 中位存 在“ 正开 口” 是造成 中位 泄漏量较 大的主要 原 因， 同时静 密封设置不 当也 增加 了内泄漏量 。 通过修 正阀芯与阀 体 的轴 向配合关 系， 使得 阀在 中位形成 负开 口， 并 改进静 密封结构 ， 解决 了中位泄 漏量较 大的 问题 ， 同时使得 阀的各 项性 能得到改善。 关键词 减压式手动 比例先导阀 泄漏 阀 口 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 f 2 0 1 0 0 8 0 0 5 9 0 3 减 压 式 手 动 比例 先 导 阀 是 液 动 多 路 换 向 阀 的先 导 控 制 阀 ， 广 泛 应 用 在 工 程 机 械 液 压 系 统 中 。 笔 者 在 开 发 减 压 式 手 动 比例 先 导 阀 的 过 程 中 ， 发 现 研 制 的 阀 样 品 在 中 位 时 存 在 较 大 的 泄 漏 量 ， 从 其 结 构 和 工 作 原 理 出 发 ， 分 析 了 各 种 可 能 的 泄 漏 途 径 ， 利 用 缝 隙 流 动 和 阀 口 流 量 公 式 ， 分 别 计 算 了 各 种 泄 漏 量 的 大 小 ， 确 定 了 阀 样 品 存 在 较 大 泄 漏 量 的 原 因 。 通 过 修 正 阀 芯 与 阀 体 的 轴 向配 合 关 系 ， 使 得 阀 在 中 位 形 成 负 开 口 ， 并 改 进 静 密 封 结 构 ， 解 决 了 中 位 泄 漏 量 较 大 的 问 题 ， 同 时 使 得 阀 的 各 项 性 能 得 到 改 善 。 1 结构原理及 泄漏原 因分析 减 压 式 手 动 比例 先 导 阀结 构 简 图 如 图 1 所 示 。 万 向盘 处 于 中位 时 ， 阀 芯 在 复 位 弹 簧 和 调 压 弹 簧 ★甘肃省科技攻关计划项 目 编号 2 G S 0 6 6一A 5 20 0 21 0 收稿 日期 2 0 1 0 年3 月 作 用 下 处 于 最 上 端 位 置 ， 控 制 压 力 油 从 P 口进 入 ， 并 被 封 闭 在 P腔 ， A、 B 口连 接 多 路 换 向 阀 主 阀 芯 两 端 的 控 制 油 口 ， T 口接 油 箱 。 当 扳 动 手 柄 通 过 万 向 盘 使 顶 杆 下 移 时 ， 顶 杆 下 压 弹 簧 座 ， 弹 簧 座 带 动 调 压 弹 簧 推 动 阀 芯 下 移 ， 当 阀 芯 下 移 △ h后 ， P腔 与 A 腔 或 B 腔 接 通 ， 则 A 腔 或 B 腔 中 的 压 力 油 通 向 换 向 阀 主 阀 芯 一 端 的 控 制 油 口 ， 同 时 主 阀 芯 另 一 端 经 B腔 、 回 油 口 T至 油 箱 ， 则 换 向 阀 主 阀 在 两 端 压 力 差 作 用 下 动 作 。 当 减 压 式 手 动 比例 先 导 阀 的 阀 芯 受 力 达 平 稳 时 ， 则 其 输 出 的 油 液 压 力 保 持 一 定 值 ， 使换 向阀主 阀芯处 于某 一 平衡位 置 。 先 导 阀 出 口 的油 液 压 力 大 小 对 应 于 操 纵 手 柄 的 所 在 位 置 ， 因 此 换 向 阀 主 阀 芯 的 行 程 也 与 手 柄 位 置 相 对 应 ， 从 而 实 现 操 作 手 柄 对 换 向 阀 的 比例 控 制 。 由减 压 式 手 动 比 例 先 导 阀 的 结 构 简 图 和 工 作 原 理 可 知 ， 阀 在 中 位 时 的 内 部 泄 漏 的 主 要 途 径 有 1 阀 芯 与 ▲图6 利用优化切削参数对 I n e o n e l 7 1 8 合金进行加工 的表面 S E M照片 削 速 度 、 最 大 的 切 削 深 度 和 进 给 量 时 ， 加 工 表 面 产 生 的 加 工 硬 化 程 度 也 最 大 ， 但 是 当 采 用 高 切 削 速 度 5 5 m／rai n 时 ， 加 工 硬 化 程 度 存 在 一 个 最 小 值 。 参 考 文 献 【 1 】 M．R a h ma n ，W． K． H． S e a h，T ． T ．T e o ，T h e Ma c h i n a b i l i t y o f I n c o n e l 7 1 8 [ J 】 ．J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g Y ， 1 9 9 7， 6 3 3 1 9 92 0 4 ． 【 2】 E． O．E z u g wu ，J ．B o n n e y ，Y．Ya ma n e ，An Ov e r v i e w o f t h e 机械制造4 8 卷 第5 5 2 期 Ma c h i n a b i l i t y o f A e r o E n g i n e A l l o y [ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ， 1 3 5 4 2 3 32 5 3 ． [ 3】 M．F i e l d ，J ．K a h l e s ，Re v i e w o f S u r f a c e I n t e g r i t y o f Ma c h i n e d C o mp o n e n t s [ J ] ． An n a l s o f t h e C I RP ， 1 9 7 1 ， 2 0 2 1 5 3 1 6 3 ． [ 4 ] E ． B r i n k s m e i e r ，J ． T ． C a m m e t t ，W． K o e n i g ， e t a 1 ．R e s i d u a l S t r e s s e s m e a s u r e m e n t a n d C a u s e s i n M a c h i n i n g P r o c e s s e s [ J 】 ． An n a l s o f t h e CI RP ， l 9 8 2 ， 3 1 2 4 9 15 1 0 ． [ 5 】 G ．B e l l o w s ．A p p l y i n g S u r f a c e I n t e g r i t y P r i n c i p l e s i n J e t E n g i n e P r o d u c t i o n 【 J 】 ． M e t a l s E n g i n e e r i n g Q u a r t e r l y ， 1 9 7 2 ， 3 5 55 8． [ 6 】 F ． J ．Ol i v e i r a ，R． F ．S i l v a a n d J ． M．V i e i r a ．I m p r o v e d We a r Re s i s t a n c e o f S i 3 NTo o l I n s e r t s b y Ad di t i o n o f Al 2 03 P l a t e l e t s 【 J ] ．T r i b o l o g y I n t e r n a t i o n a l ，2 0 0 3 ，3 6 1 5 76 0 ． △ 编 辑 小 前 2 01 0 ／8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 阀 孔 的配 合 间 隙 ； 2 堵 杆 与 其 孔 之 间 的 环 形 缝 隙 ； 3 端 盖 与 阀体 结 合 面 的平 面 缝 隙 ； 4 中位 时 阀 口处 的 泄 漏 。 2 泄漏量的计算 根 据 流 体 力 学 的 基 本 原 理 ， 分 别 建 立 泄 漏 量 的 数 学 模 型 。 其 中 ， 油 液 工 作 介 质 的 参 数 为 HM4 6 液 压 油 ， 温 度 4 0 C， 密 度 为 8 7 2 k g ／ m ， 运 动 黏 度 为4 6 mi n ／ s 。 2 ．1 阀 芯 与 阀 孔 的 间 隙 泄 漏 按 照 同 心 圆 环 缝 隙 流 动 公 式 ⋯ q 1 T d A ／ 1 2 1 式 中 d为 阀 芯 直 径 ， 取d8 mm； Ap为 环 形 缝 隙 前 后 压 差 ， 取 A p7 ． 7 MP a ； 6为 间 隙 大 小 ， 取 占0 ． 0 0 6 5～ 0 ． 叭 8 5 mm； 为 动 力 黏 度 ， 取 0 ． 0 4 P as ； z 为 密 封 长 度 ， 取Z 1 ． 2 ml T l 。 将 上 述 数 据 代 入 式 1 ， 可 得 泄 漏 流 量 为 q 0．092 ～2．12 ml ／s。 2 ． 2堵 杆 与 其 孔 的 缝 隙 泄 漏 按 照 同 心 圆环 缝 隙 流 动 公 式 ⋯， 见 式 1 。 式 中 d为 堵 杆 直 径 ，取d1 9 ． 5 mm； 为 缝 隙 k ／ J , ， 取 60 ． 0 0 8～0 ． 0 3 1 mm； Z 为 密 封 长 度 ， 取z 1 0 mm。 将 上 述 数 据 代 人 式 1 ， 可 得 缝 隙 泄 漏 量 为 q 0． 05 ～2．91 8 ml ／s。 2 ． 3 端 盖 与 阀 体 结 合 面 间 的 泄 漏 端盖 与 阀体采 用螺栓 连接 ， 材料 均为 HT 3 0 0。 依 据 螺 栓 连 接 拧 紧力 矩 及 预 紧 力 公 式 计 算 螺 栓 预 紧 力 Tk F d 2 轰ta n p v 3 TF L 4 P a r e t a n ／ 5 式 中 d 为 螺 纹 公 称 直 径 ， 取d 8 I n m； d z 为 螺 纹 中 径 ， 取d 7 ． 1 8 8 mm； 西 为 螺 纹 升 角 ， 取 西 3 ． 1 7 1 。 ； P 为 螺 纹 当 量 摩 擦 角 ， 取 P 8 ． 5 3 。 ； 为 螺 母 与 被 连 接 件 支 承 面 间 的 摩 擦 因 数 ， 取 脚 0 ． 1 5； D 为 螺 母 直 径 ， 取D 1 2 ． 7 3 h i m； d o 为 螺 栓 联 接 孔 直 径 ， 取d o 8 ． 5 mm； F为 操 作 者 操 作 力 ， 取F2 5 0 N； L为 力 臂 长 ， 取 L1 6 5 mlT l ； 为 螺 纹 当量 摩擦 因 数 ， 取 0 ． 1 5； 为 拧 紧 力 矩 系 数 ， 无 量 纲 ；F 为 预 紧 力 ， N。 将 相关 参数 值代 入式 2～ 5 ， 则得 预紧 力 F 为 26．442 kN 。 利 用 S o l i d Wo r k s软 件 插 件 C OS MOS对 端 盖 进 行 有 限 元 受 力 分 析 ， 端 盖 应 变 分 析 结 果 如 图 2 所 示 。 从 图 2 可 知 ， 端 盖 最 大 应 变 为 0 ． 0 2 0 6 ton i 。 因 为 实 际 生 产 中 端 盖 平 面 度 误 差 为0 ． 0 2 mm， 所 以端 盖 与 阀体 结 合 面 的 平 面 缝 隙 最 大 为 0 ． 0 4 0 6 mm， 如 图 3 所 示 。 由 于翘 曲 变 形 ， 端 盖 与 阀 体 结 合 面 形 成 倾 斜 壁 面 缝 隙 ， 倾 斜 壁 面 缝 隙 为 圆 环 形 。 为 便 于 计 算 ， 可 以简 化 为 一 般 形 式 ， 如 图3 b 所 示 。按 照 楔 形 缝 隙 流 量 公 式 “ 】 q v ． 血 上 6 一 6 N h 1 h 2 、 式 中 6为 楔 形 缝 隙 宽 度 ， 取 b1 3 ． 5 mm； h - 为 楔 形 缝 隙 窄 侧 高 度 ， 取h 】 0 ． 0 2 mil l ； h 为 楔 形 缝 隙 宽 侧 高 度 ， 取 h 0 ． 0 4 0 6 mm； Z 为 密 封 长 度 ， 取Z 5 mm。 将 上 述 参 数 代 入 式 6 ， 计 算 得 出 流 量 为 q ， 0． 921 ml ／S。 2 ． 4 中 位 时 阀 口 处 的 泄 漏 量 2 0 1 0 ／ 8 机械制造4 8卷 第5 5 2 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 独立 悬 架 的 静刚 度测 量 分 析 口赵双 口刘遵勇 口庞辉 ， 1 ． 陕西重型汽车有 限公 司 西安 7 1 0 2 0 0 2 ． 西北工业大学 机电学院 西安 7 1 0 0 7 2 摘要独立悬架的应用是提 高重型卡车行 驶稳 定性的一项重要措 施。 为 了准确对 车辆独 立悬架静 刚度进行测 量和 分析， 利用已有的试验设备和仪器提 出了一种新的独立悬架静刚度参数测量的试验方案。 通过某试验车辆的实车测量和 应用 ， 验证 了该方案 的有效性和可行性。 关键词 独立悬架静刚度 测量原理试验方案 中图分类号 T H1 2 3 ； U 4 6 3 ． 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 04 9 9 8 2 0 1 0 0 8 0 0 6 1 0 3 汽 车 悬 架 是 车 架 与 车 桥 之 间 的 动 力 连 接 装 置 ，在 结 构 上 可 分 为 非 独 立 悬 架 和 独 立 悬 架 两 大 类 。 独 立 悬 架 的 特 点 是 每 一 侧 的 车 轮 单 独 通 过 弹 性 元 件 悬 挂 在 车 架 的 下 面 ，常 用 的 类 型 有 单 横 臂 式 、 双 横 臂 式 、 单 纵 臂 式 、 双 纵 臂 式 、 烛 式 及 麦 弗 逊 式 等 j 。 其 主 要 优 点 是 左 右 轮 单 独 振 动 ， 可 减 轻 整 车 振 动 ， 减 小 方 向 发 摆 ； 因 非 簧 载 质 量 小 ， 汽 车 平 均 行 驶 速 度 较 高 ； 因 重 心 可 降 低 ， 车 身 振 动 频 率 低 ， 汽 车 行 驶 平 顺 性好 ； 弹 性 元 件 寿命 长 ， 左 右 轮 间 影 响 小 ； 汽 车 通 过 性 好 ， 可 保 证 各 个 车 轮 收稿 日期 2 0 1 O 年4 月 与 地 面 良好 接 触 。 以 往 重 卡 车 辆 上 采 用 的 非 独 立 悬 架 存 在 的 问 题 汽 车 平 顺 性 、 舒 适 性 较 差 ； 簧 下 质 量 大 ， 无 法 适 应 重 卡 轻 量 化 的 发 展 。 不 能 同 时 兼 顾 重 卡 的 舒 适 性 与操 纵 稳 定 性 ] 。 此 外 ， 根 据 现 有 市 场 和 客 户 的 要 求 ， 国 内 重 卡 开 始 大 量 使 用 独 立 悬 架 装 配 于 重 型 载 货 卡 车 上 ， 例 如 机 场 消 防车 、 越 野 汽车 等 。 目前 众多 独立 悬架 的重卡 车 辆 已处 于试 制 和 试 验 阶段 。 对 于新 开 发 的 独立 悬 架 的 性 能参 数 例如 静 刚度 、 静 强度 、 固有 频 率等 如何 通过 试 验 手 段 获 取 并 与 设 计 参 数 相 比 较 ， 此 类 试 验 研 究 开 根 据 滑 阀 阀 口流 量 公 式 ⋯ q c d 叮 T d l 2 A p ／ p 7 式 中 C a 为 流 量 系 数 ， 取C 0 ． 6 9； d为 阀 芯 直 径 ， 取 d8 i T l m； z为 阀 口 开 度 ， 取z 0 ． 1 i n m； AP为 阀 口压 差 ， 取 Ap7 ． 7 MP a ； P为 油 液 密 度 ， 取 P8 7 2 k g ／ m ； q 为 阀 口 流 量 ， ml ／s 。 将 上 述 数 据 代 入 式 7 ， 得 出 流 量 为 q 2 3 0 ． 3 ml ／s。 从 上 述 泄 漏 量 结 果 可 看 出 ， 上 述 各 泄 漏 途 径 均 造 成 不 同 程 度 的 泄 漏 。 其 中 ， q q q q ， ，由此 可 表1 阀改进前后的泄漏量和最大压力对比 改进结构 时间 ／ s 体积 ／ m l 最 大压力 ／ MP a 原 阀芯 端盖无 0型圈 3 0 l O 8 ． 9 4 ． 2 与 阀体 端 盖有 0型圈 3 0 9 7 ． 5 1 1 改进 阀芯 端 盖无 0型圈 3 0 1 O 3 ． 2 6 与阀体 端 盖有 O型圈 3 0 6 3 ． 1 1 6 后 泄 漏 量 和 进 口 压 力 。 油 泵 为 手 动 泵 ， 压 力 油 口接 阀 P 口， 手 柄 处 于 中立 位 置 ， 连 续 进行 手 动 加 压 ， 直 至压 力 达 到 最 高 ， 然 后 在 稳 压 下 计 时 3 0 s ， 测 量 各 结 构 的 泄 漏 量 。 从 表 1 可 以 N- 出 ， 改 进 后 的 阀 结 构 能 够 减 小 其 内 部 泄 漏 量 、 最 高 压 力 显 著 提 高 。 见 ， 中 位 时 形 成 “ 正 开 口 ” 是 阀 内部 泄 漏 的 主 要 途 径 。 3 改进措施及试 验 4 结论 依 据 阀 内 部 泄 漏 的 途 径 ， 采 取 以下 改 进 措 施 1 将 阀 芯 与 阀 孑 L 的 配 合 间 隙 变 小 ； 2 在 堵 杆 下 端 加 一 道 静 密 封 圈 ； 3 在 端 盖 与 阀 体 结 合 面 的 P 口加 一 道 静 密封 圈 ； 4 改 变 阀体 P口沉 割 槽 宽度 或 阀 芯 凸肩 轴 向 尺 寸 ， 使 阀 口在 中 位 时 为 “ 负 开 口 ” 。 试 验 所 用 油 泵 为 轴 向 柱 塞 泵 ， 压 力 油 通 P 口 ， 手 柄 处 于 中 立 位 置 ， 保 压 8 MP a 。 图 4 为 阀 结 构 改 进 前 、 后 的 泄 漏 状 态 的对 比 照 片 ， 改 进 前 阀 泄 漏 量 很 大 ， 泄 漏 的 油 液 连 续 流 出 ， 改 进 后 阀 无 明 显 泄 漏 。 表 l 给 出 了手 动 泵 在 加 压 条 件 下 获 得 的 阀 改 进 前 、 机械制造4 8 卷 第5 5 2 期 根 据 缝 隙 流 动 及 阀 口 流 动 基 本 方 程 ， 计 算 出 各 泄 漏 途 径 的 泄 漏 量 。 与 试 验 结 果 对 比 ， 发 现 在 阀 中位 时 存 在 的 “ 正 开 口” 是 造 成 泄 漏 的 主 要 原 因 。 改 进 阀 芯 与 阀 体 的 轴 向 配 合 关 系 ， 使 阀 在 中 位 时 形 成 一 定 “ 负 开 口 ” ， 改 进 密 封 结 构 。 试 验 表 明 ， 中 位 泄 漏 量 大为减 少 、 易 于建 立较 高压 力 ， 阀 的发 热也 减小 。 参 考 文 献 【 1 ] 盛敬超． 液压流体力学 [ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 0 ． [ 2 ] 徐灏． 机械设计手册 第 三卷 [ M】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 01 ． 编 辑 凌 云 2 o 1 o ／ 8 回l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m