几种常见液压阀节流槽过流面积估算及分析.pdf

d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ． 0 4 ． 0 1 4 几种常见液压阀节流槽过流面积估算及分析 周永飞 ， 初长祥 ， 郭小龙 ， 高名乾 ， 杨 昆 1 ．广西科技大学 机械T程学院， 广西 柳州 5 4 5 0 0 0 2 ． 柳州柳工液压元器件有限公司， 广西 柳州5 4 5 0 0 0 摘要 该文用一种比较简单的方法推导了几种常见的节流槽的过流面积的计算公式 ， 再根据fl u e n t 软件对该公式所算m的过流面积 进行了验算 ， 结果表明该计算方法原理简单、 公式简洁、 精度高 ， 对工程实际应用具有一定的参考价值。 关键词 过流面积； 曲线拟合； 估算； 液压阀 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 4 0 0 4 5 0 3 An a l y s i s a n d E v a l u a t i o n o n T y p i c a l S h a p e Or i f i c e Ar e a s o f Hy d r a u l i c V a l v e s Z HOUY o n g -f e i ， C HUC h a n g - x i a n g , GU OX i a o t o ． g ， G A OMi n g - q i a n ， Y A NGKu n 1 ． G u a n g x i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , L i u z h o u 5 4 5 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． L i u z h o u l i u g o n g h y d r a u l i c c o mp o n e n t s Co ． ， L t d ． ， L i u z h o u 5 4 5 0 0 0 ， C h i n a Abs t r a c t T h i s p a p e r a n a l y s i s a n d e v a l u a t i o n o n ty pi c a l s h a p e o r i fic e a r e a s i n h y d r a u l i c v a l v e s wi t h a s i mp l e wa y ． T h e n a c c o r d i n g t o t h e F L UE NT s o ft wa r e ， b y t h i s f o r mu l a t o c a l c u l a t e t h e fl o w a r e a f o r c h e c k i n g ．Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a l c u l a t i o n me t h o d i s s i mp l e ， t h e for mu - l a i s s i mp l e ， h i g h p r e c i s i o n ， h a s a c e r t a i n r e f e r e n c e v a l u e fo r p r a c t i c a l e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n s ． Ke y wo r d s t h e flo w a r e a ； c u r v e fi t t i n g ； e s t i ma t e ； h y d r a u l i c v a l v e O 引言 为 了获得液压阀 良好的可操 作性和易控性 ， 往往 需要对 液压 阀的流量进行细微 的控制 ， 这就需要 阀杆 移动过程中其过流面积有一定的梯度 ， 因此需要在阀 杆上开一系列的节流槽。由于有关节流槽形式 阀口面 收 稿 日期 2 0 1 5 1 1 一l 7 作者简介 周永飞 1 9 9 0 一 ， 男， 湖北武穴人， 硕士研究 i ， 现从事T程机 械 液压元 件与系统的研究 。 积的计算存在较强的近似性和模糊性， 并且公式的形 式 比较复杂 ， 给实际工程应用造成一定 的困难 。针 对上述 问题 ， 本文介绍并推导一种 比较简单的计算公 式对几种常见的节流槽的过流面积进行计算 ， 并用 n u ． e n t 软件仿真验证本计算方法的精度。 1 几种节流槽过流面积分析计算 1 ． 1 U形槽过流面积估算 u形槽的三维结构简图如图1 所示， u 形槽具有二级 方案二 在方案一的基础上将回程缸排液阀v 2 改 小回程系统发热量， 延长液压油的使用寿命， 提高回程 为比例阀， 同时去掉回程缸支撑阀v 3 。从图3 可以看 力， 大大改善了压机的T作性能。 出压机回程时液压油通过回程缸进液阀V 1 到单向阀 V 5 直接进入 回程缸 ； 压机加压和快降时 回程缸的油液 参芍又献 先通过回程缸隔断阀v 6 再到回程缸液阀 比例阀 v 2 ， 【 1 】 俞新陆，杨津光液压机的结构与控制【M 】 北京机械T 业j I ； 开 ， 鬈 和 冀 12 1 国 锻 造 液 压 机 的 现 状 及 发 展 ⋯ ．锻 压 装 备 与 制 造 的 功 能 ，回程缸隔断阀 V 6 的作用是为了防止 回程缸排 ⋯⋯ ⋯ ⋯一“ 。 ⋯⋯ 一 液阀 比例阀 V 2 失控时压机突然下降造成不必要的事 [3 1 刘社英 ，张宏． 浅谈我国锻造液压机的发展过程和发展趋势 故， 从而大大提高了压机T作的稳定性和可靠性。 『J 1 ．液压 气动与密封 ，2 0 1 0 ， 3 0 9 l - 4 ． 3 结论 【4 】 孑 L 祥 东 2 2 2 M N 快 锻 液 压 机 多 模 态 控 制 策 略 研 究 I J I 液 压气动与密封。 2 0 0 8 ， f 】 O 1 1 2 1 4 ． 针对锻造液压机 回程系统 ， 提出了两种改进方案 ， 【 5 】 李楠 ．2 2 MN怏锻液压 计算机控制系统设计与应用研究 方案一通过增加隔断阀提高了回程力 ， 减少了发热量 ， [ D I ．秦皇岛 燕山大学， 2 0 0 9 ． 压机的T作稳定性和可靠性得到进一步的提升； 方案 [ 6 】 杨大祥． 1 6 5 M N油泵直接传动自由 锻造油压机网 程力分析 二在方案一的基础上将回程缸排液阀改为比例阀， 同 及计算[J ]．锻压装备与 制造技术，2 0 0 6 ,4 1 3 2 5 2 8 ． 时去掉 回程缸 ， 能够有效地减小 回程时的压 力损 失 ． 减 【 7 ] 俞新陆， 杨津光， 等掖 压机[ M J ． 北京 机械 业出版社， 1 9 9 0 ． 液 压 气 动 与 j 宙} J t 1“ ／ 20 1 6年 第 0 4期 节流特征 ， 其压损主要集中在截面A 。 和A 处 ， 由于A 是一 空间曲面 ， 本文用A ， 在u形槽上的投影A 投 影 近似代替。 一 一 图 1 U形槽三维结构简图 u形槽节流面积计算简图如 图2 所示 。 图3 L 形槽三维结构简图 L 形槽节流面积计算简图如图4 所示。其中图4 a 、 图4 c 为 L 形槽在阀杆上的主 、 俯视 图， 图4 b 为最小截面 A 的局部放大图， 图4 d 为图4 a 的局部几何放大图。 2 L． 4 2 _ ～ 图2 U形槽面积计算简图 当0 ≤ ≤ r 时 半弦长 ， J √ r 一 r - 2a r c c o s r A ． A 投 影 r 2 ‘ 一r - x‘ L D R一 √ R 一 卢 2 a r c s in 去 A D 2 L 1 R 一 一 D 当 r 时 ． 此时 ， 半弦长 r D R一 √ R 一 r 2a r c s i “ r 图4 L 形槽面积计算简图 当L 槽加 T好后 ， 角的大小就确定 。 1 『d r c s i n r 在A B C D中， 应用余弦定理， 解B D 边长 b B D √ r 二 A A W‘ D FW’ r 一 6 z 式 中 R 阀杆半径 ； r__铣刀旋转半径 ； A l A 投 告 1 T r 2 r r 3 一 D 2 - B 一 R D L 4 式中 尺 阀杆半径； r u形槽特征半径 ； u形槽 的深度 。 1 ． 2 L 形槽过流面积估算 L 形槽的三维结构简网如下图3 所示， 根据流场仿 真可知， 其压损主要集中在斜面／4 处 最小截面 ， 具体 解析过程参见文献【 5 1 。由于面积 和矩形面积A ” 十 分接近， 故可用矩形面积A 来计算I 槽的节流面积。 一 L 形铣刀的宽度 ； 5 c 铣刀旋转轴心到阀杆轴心的距离。 1 ． 3 V形槽过流面积估算 v形槽的j维结构简图如图5 所示 ， V形槽 的流场 特性和I 槽很接近， 其压损也是主要集中在斜面4 处 最小截面 。同样 ， 面积／ 4 和三角彤 面积A ， 十分接 近 ， 可用 角形 面积A ， 来计算 V槽 的节流面积 。 图5 V形槽三维结构简图 v 形槽节流面积计算简图如图6 所示。其中 6 a 、 0 Ⅳ 卜 ＼ ． 、 8 ㈣8 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 4 ． 2 0 1 6 L 形槽阀1 3 面积 对比曲 线 图 6 c 为 V形槽 在 阀杆上 的主 、 俯视 图， 图 6 b 为最小截 面A 的局部放大视图 ， 图6 d 为图 6 a 的局部几何放 大图。 f d f c 1 “ ， 图6 V形槽面积计算简图 当L 槽加工好后， O l角的大小就确定。 0 [ rd T c s i n r 在A B C D中， 应用余弦定理， 解B D 边长 b B DJ r 一 2 r x c 0 s O l A ， r 一 6 ． t ．r 一 6 r b 2 ta n 6 式中 阀杆半径； 广 刀旋转半径 ； c铣 刀旋转轴心到阀杆轴心的距离 ； 刀的道具夹角。 2 流场仿真分析 用 fl u e n t 软件分别仿真 出在不 同位移下通过上述 的几种节流槽的流量和压差， 再根据公式Q C d A ．, p ／p 。 反推出过流面积的计算公式 A Q ／ C ， 算出在该 位 移 下 节 流 槽 的 过 流 面 积 。 其 中 0 ． 6 2 ， P 8 6 0 k g ／ m 。 。根据位移和过流面积关 系绘制 出 U、 I 、 V三种节流槽的阀 口面积仿真曲线 ， 再 用上述公式 1 ～ 6 ， 绘制m u、 L 、 V j种节流槽的阀口面积计算 曲 线。二者对 比图如图7 所示 。 U形槽阀断积对比I} I I 线 0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 位移 ／ n 1 1 11 1 1 I E ＼ 器 谊 2 E 1 惶 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 化移 ／ ram 0 l 2 3 4 5 6 位移 hu m 图7节流槽阀口面积对比图 由上图可看出 ， 阀 口面积计 算曲线的变化趋势和 阀口面积仿真曲线基本一致。其中， u 形槽的阀口面积 计算曲线在阀口面积仿真曲线上下波动， 两者相近； L 、 V形节流槽的阀口面积计算曲线在阀口面积仿真曲线 下面， 即计算值比仿真值偏小。 3 结论 1 用 比较简单的方法对u、 L 、 V 形节流槽的阀口 面积 的计算公式进行 了推导 ， 所 推导的公式均 为关于 位移X 的一元函数， 形式比较简单。 2 本文用上述估算方法算 的节流槽过流面积 和用fl u e n t 软件反算出的过流面积进行了对比， 结果表 明两者 的变化趋势基 本相 同 ， 并且 两者 的误差 较小 。 对_丁程应用具有一定 的参考价值 。 参考文献 [ 1 1 佘欲军， 贺元成， 屈充充． 常见滑阀最小过流面积分析与计算 液压气动与密封， 2 0 1 3 ， 8 2 6 2 9 ． 【 2 】 翼宏， 王东升， 丁大力， 谭正生， 刘小平． 非全周开口滑阀阀 口 面积计算方法f J 1 ． 兰州理T大学学报， 2 0 0 8 ， 6 4 8 5 1 ． 【 3 ] 罗艳蕾， 邱雪， 李渊， 白玉珠， 白桦． 基于MA T L AB多路阀主阀 过流面积计算及仿真『 J ] ． 机床与液压， 2 0 1 2 ， 1 2 1 3 0 1 3 3 ． [ 4 】 周会， 邓斌， 刘恒龙． 液压组合阀口过流面积计算与特性分析 [ J ] ． 设计与制造， 2 0 0 9 ， 1 8 0 8 3 ． 1 5 l 翼宏， 傅新， 杨华勇．非全面J 吉 J 口滑阀稳态液动力研究⋯． 机械 T程学报， 2 0 0 3 ， 6 1 3 1 7 ． 【 6 】 林建亚，何存兴． 液压元件[ M】 ． 北京 机械丁业 版社， 1 9 9 8 ． 【 7 ] 贺晓峰， 黄国勤， 杨友胜， 等． 球阀阀口流量特性的实验研究 I J 1 ．机械T程学报， 2 0 0 4 ， 8 3 0 3 3 ． [ 8 】 雷天觉． 液压T程手册[ MI ． 北京 机械 T业 ⋯版社 ， 1 9 9 8 ． 4 7