液压滑阀设计 这里所谈的液压阀设计,不仅仅是按传统的、液压传动理论指导下的设计;更重要的是为了提高液压阀的控制性能以及液压阀的可靠性,在液压控制理论指导下,对液压阀进行设计。这正是我国液压阀的短板所在。 一、滑阀的设计 1、 决定滑阀零位系数的五个关键性尺寸及其公差必须严格保证,它们是: ⑴、阀芯上配油的两个凸肩宽度与阀体上的沉割槽宽度必须相配作; ⑵、各个凸肩之间的距离与阀体上的相应尺寸必须配作; ⑶、阀芯与阀孔间的径向尺寸即配合间隙必须保持精密的公差; ⑷、各凸肩边缘的垂直度必须保持精密的公差; ⑸、阀孔和阀芯的圆柱度; 对 伺服阀来说,这几个尺寸都必须保持file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gifmm的公差。性能高的阀对此公差要求的更严;相反,性能低的阀对此公差也可放宽到file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gifmm左右。保证这些公差非常重要,因为它们对阀的零位系数流量增益file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gif和压力增益file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gif有决定性的影响。 2、 选择三通阀还是四通阀?阀芯上的凸肩数量选择 三通阀有三个关键性尺寸需要控制,比四通阀少,因此,长度短、加工简单;但是,它只有一个控制油口,且压力增益只有四通阀的一半。所以,除了少数场合外,大多数情况下都使用四通阀。 两凸肩阀芯由于没有附加凸肩,结构简单,长度短。但这种阀不稳定(处于静不定平衡),且阀芯凸肩有可能陷入阀孔内的沉割槽里。除非对这种阀有完全了解,否则,应避免采用它。 四凸肩阀的关键控制尺寸多,长度增加,结构复杂;三凸肩阀的关键控制尺寸、长度、结构适中,而且,也是静平衡的,因此,得到广泛使用。 3、 阀口型式的设计 阀口型式取决于系统的要求,在某些特殊情况下,希望通过阀口型式来满足特殊的流量增益曲线,例如采用圆形阀口获得非线性的特性。但始终要注意:要使系统在所有工作状态下都保持稳定,则必须最初就把它设计和调整到在阀的最大流量增益处是稳定的。 矩形窗口能获得线性的流量增益,可保证在宽广的范围内使系统保持良好的控制性能,因此,矩形窗口是最佳的选择。 阀的开口型式也是决定线性度的关键,如果希望有线性的流量增益,则首推零开口阀。正开口阀虽然也是线性的,流量增益更高,但液压损失严重。除非某些特殊场合,例如当阀在零位、高温下长时间工作时,要求有一个连续的流量带走热量,以保持合理的温度。负开口阀由于在零位有死区,且流量增益低,很少采用。 4、 面积梯度W的设计 具有矩形窗口的、零开口的四通滑阀是迄今为止最常见的液压阀。这种阀的特性是有其面积梯度W和最大位移file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif来表征的。它通常是由在规定的压降、阀开启到最大行程file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif时,所能获得的负载流量来设计的。这个负载流量可由下式算出 file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif 确定阀的能力的比较好的办法是给出面积梯度和最大行程,因为,阀的所有重要性能参数都随着两个参数而定。当然,也可用最大面积file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image014.gif作为对阀更有意义的评价。 阀的规格是最大控制窗口面积file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image014.gif决定的,显然,这个最大面积可以有许多组数据来得到。那么,到底是那一组数据file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif和file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif值是最好的组合呢? 零开口阀的零位流量增益为 file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image019.gif 显然,面积梯度file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif是一个主要参数,因而,直接影响系统的稳定性、快速性和准确性。而且,根据上公式,零位流量增益可以有把握地计算出来。从根本上说,流量增益必须与系统中的其它元件的增益相适应,以得到回路所要求的增益。零位流量增益必须从这个角度来确定。然后,由上公式来确定面积梯度file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif。 面积梯度file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif一旦确定,则阀芯的最小直径就可确定,因为:file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image021.gif。 另外,改变阀的最大行程file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif也可以用来改变阀的规格。一般说来阀的形成大一些比较好,能使零位附近灵敏度增高、增强污染能力。 从流量饱和以及阀的强度方面来看,设阀芯凸肩直径为file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image023.gif,两凸肩之间颈部连接部分直径为file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image025.gif,为保证颈部强度,至少使file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image027.gif;为防止流量饱和并保证窗口为可控的节流孔,则阀芯颈部的通道面积至少应为阀最大窗口控制面积的四倍。即 file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image029.gif 代入file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image027.gif入上式,便得到阀的最大行程设计准则为 file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image031.gif 当使用全周边窗口时,这个条件很难满足,这时,因为面积梯度file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image021.gif,为防止流量饱和的最大行程应变为file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image033.gif,或者为阀芯直径的5%左右。 总之,阀的最大面积file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image014.gif应当大到满足负载所要求的最大流量和最大功率。即最大行程file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif时的压力——流量曲线应当包含系统工作循环中所有的file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image035.gif和file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image037.gif值。如果面积梯度file:///C:/Users/LIJI/AppData/Local/Temp/msohtml1/01/clip_image016.gif过大,则阀的行程就短,易产生污染堵塞现象;相反,行程过大,则会产生较大的液动力,且操纵机构不易满足这个要求。在确定用阀的增益去改变系统增益时,对该阀的面积梯度应给于更大的关注(相对于阀的行程来说)。
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