非圓周節(jié)流槽在叉車多路閥上的應(yīng)用

謝建偉，劉怡辰，陳 寅，袁曉鵬，于 錦

(浙江華昌液壓機(jī)械有限公司，浙江 杭州 311305)

0 引 言

滑閥節(jié)流槽廣泛應(yīng)用于液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的多路閥閥芯中，其流量特性滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)在不同工況下的流量要求，進(jìn)而控制執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)方向和速度[1-3]。同時(shí)，合理設(shè)計(jì)節(jié)流槽能使多路閥在換向過程中的流量特性平穩(wěn)，減小壓力變動(dòng)對(duì)多路閥以及執(zhí)行元件的沖擊。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)節(jié)流槽過流面積的計(jì)算及閥口優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面都有很多研究[4-9]，對(duì)于叉車多路閥節(jié)流槽的設(shè)計(jì)分析并不多。然而，一般叉車節(jié)流槽的設(shè)計(jì)多依賴于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，為了能獲得符合實(shí)際工況的閥口，需不斷調(diào)整節(jié)流閥類型和結(jié)構(gòu)尺寸，通過多次估算及樣件加工測(cè)試才能滿足要求，使得其工作效率低且設(shè)計(jì)成本普遍偏高。

本文將通過對(duì)常見叉車多路閥上節(jié)流槽的過流面積分析計(jì)算，采用仿真分析[10-11]，并與實(shí)際試驗(yàn)多路閥微動(dòng)特性項(xiàng)目壓力流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

1 幾種叉車多路閥常見滑閥節(jié)流槽過流面積分析計(jì)算

非圓周開口滑閥閥口均布置了不同形狀的節(jié)流槽和其組合。節(jié)流槽滑閥閥口具有水力半徑大、抗阻塞性性能好、面積梯度容面積梯度容易控制、流量調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，可以通過合理配置節(jié)流槽，獲得豐富的多級(jí)閥口面積曲線，實(shí)施對(duì)流量的多級(jí)節(jié)流控制，滿足不同工況下叉車液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的要求。本文簡(jiǎn)單分析3種叉車多路閥上常見節(jié)流槽。

1.1 U形節(jié)流槽

U形節(jié)流槽為圓柱形銑刀沿閥芯軸線方向旋轉(zhuǎn)切割閥芯凸肩而成，具有二級(jí)節(jié)流的典型特征，前半段為半圓槽，后半段為等截面流道。

U形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 U形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖

確定U形節(jié)流槽的閥口面積Au按兩個(gè)節(jié)流面A1和A2的串聯(lián)等效計(jì)算。

(1)流量方程:

(1)

(2)壓力方程:

Δp=Δp1+Δp2

(2)

由式(1，2)可得出：

(3)

取：Cd=Cd1=Cd2，則可得出U形槽的閥口面積為：

(4)

(5)

(6)

(7)

A2=2r(h-h1)+R2·β-(R-h1)r

(8)

式中：R—閥桿半徑；r—U形槽半徑；h—U形槽深度。

1.2 V形節(jié)流槽

V形節(jié)流槽為角度銑刀沿圓弧軌跡旋轉(zhuǎn)切割閥芯凸肩而成，面積與三角形極接近，V形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 V形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖

可用三角形面積來(lái)計(jì)算V槽的節(jié)流面積。

由此可得出：

(9)

式中：r—銑刀半徑；c—銑刀軸中心與閥桿半徑R相減而得；β—銑刀的道具夾角。

1.3 RL形節(jié)流槽

RL形節(jié)流槽為兩個(gè)小孔組合而成，RL形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 RL形節(jié)流槽閥口面積計(jì)算簡(jiǎn)圖

由圖3可得知，RL形節(jié)流槽的節(jié)流面積計(jì)算公式如下：

x0=xgsinα1

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

經(jīng)參數(shù)賦值后，通過計(jì)算軟件計(jì)算可得出其過流面積與開啟位移之間的曲線關(guān)系，如圖4所示。

圖4 RL形節(jié)流槽過流面積與開啟位移關(guān)系

閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復(fù)0值。可見，該類型閥口節(jié)流槽適用于閥口對(duì)開啟閉合階段控制要求不高的閥口，一般用在叉車下降閥口處。

2 U形節(jié)流槽微動(dòng)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

在微動(dòng)特性試驗(yàn)規(guī)定：P→A(B)流量微動(dòng)特性時(shí)，要求進(jìn)油口通以公稱流量，將滑閥由中立緩慢移動(dòng)到換向位置，同時(shí)保持A(B)油口加載負(fù)荷為公稱壓力的75%。本文設(shè)閥桿直徑19 mm、公稱流量120 L/min、公稱壓力20 MPa、出口負(fù)載15 MPa、出口水利直徑28 mm、閥桿行程8.1 mm，U形槽節(jié)流從閥桿行程1.9 mm到4.2 mm，4.2 mm到7.1 mm節(jié)流槽部位為U形節(jié)流槽與環(huán)形面共同作用，之后至8.1 mm節(jié)流槽部位由閥桿小徑與閥體組成的環(huán)形面。

U形節(jié)流槽特征參數(shù)決定了其過流面積為分段函數(shù)，運(yùn)用軟件MathCAD計(jì)算得出過流面積A(x)如圖5所示。

圖5 U形節(jié)流槽過流面積

圖6 (q/Q)%與(x/X)%計(jì)算與仿真關(guān)系曲線

由圖6曲線關(guān)系可知：U形節(jié)流槽的過流面積在閥口開度小于節(jié)流槽圓弧半徑時(shí)，面積梯度變化較大，閥口開度大于節(jié)流槽圓弧半徑時(shí)，面積增長(zhǎng)較緩，綜上圖示理論計(jì)算與仿真數(shù)值趨勢(shì)基本一致，只有在某個(gè)點(diǎn)上有些差異。

利用叉車多路閥試驗(yàn)平臺(tái)來(lái)測(cè)試實(shí)際閥桿微動(dòng)特性曲線，臺(tái)架結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 微動(dòng)特性試驗(yàn)臺(tái)架1—位移傳感器；2—油缸；3—油缸固定架；4—微調(diào)機(jī)構(gòu)；5—試驗(yàn)閥；6—閥固定架

試驗(yàn)中，各個(gè)工作口都配有壓力傳感器及流量傳感器，對(duì)其壓力和流量進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄并繪制微動(dòng)特性曲線，如圖8所示。

比較圖(6，8)可知：仿真與實(shí)際曲線基本趨勢(shì)一致，只是仿真參數(shù)在開口開啟段設(shè)置還需進(jìn)一步的改善。

兩圖顯示：U形節(jié)流槽在閥口開度較小時(shí)，流量增長(zhǎng)較大，閥口開度較大時(shí)，流量比較平穩(wěn)，該特性有利于提高叉車液壓缸起動(dòng)靈敏度和快速穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文首先從理論分析了3種叉車多路閥普遍應(yīng)用的閥口節(jié)流槽，通過理論計(jì)算可以得出：在同一寬度、深度、長(zhǎng)度以及遮蓋量條件下計(jì)算3種節(jié)流槽過流面積，U形節(jié)流槽在閥口開度較小時(shí)(xr)，閥口面積增長(zhǎng)較緩，一般用于叉車普通屬具換向聯(lián)中；V形節(jié)流槽閥口面積隨閥口開度增大呈線性增大趨勢(shì)，且V形槽截面形狀越大，其閥口面積增加梯度也越大，一般用于叉車起升過程中；RL形節(jié)流槽閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復(fù)0值，一般用于叉車下降過程中。

再結(jié)合仿真分析U形節(jié)流槽曲線與理論計(jì)算曲線以及實(shí)際微動(dòng)特性試驗(yàn)曲線的對(duì)比，本文驗(yàn)證了3

者趨勢(shì)的統(tǒng)一性，說(shuō)明目前簡(jiǎn)單節(jié)流槽基本可以通過理論計(jì)算與仿真分析來(lái)設(shè)計(jì)研究叉車多路閥節(jié)流槽微動(dòng)特性曲線，大大減少了試制加工環(huán)節(jié)；對(duì)于微動(dòng)特性要求較高的環(huán)境，可將不同形式和結(jié)構(gòu)的節(jié)流槽相組合，設(shè)計(jì)出較為豐富的多級(jí)閥口面積曲線來(lái)控制流量特性，大大改善叉車多路閥閥芯的控制特性。

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