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1、溢 流阀泄漏量对其静动态特性影响的试验研究 湖南农大工程技术学院(长沙 : 4 1 0 12 8)刘冀民 摘要 : 本文通 过试验进行了滋流阀泄漏量对静 、 动态特性影响的定量研究 , 得出 了一些结论 与变化规律 。 在理 论分析中 引人当量间隙概念建立数学模型 , 其理论分析的结论与试验研究的结果相吻合 。 关健词 : 溢流阁内泄漏,当, 间除 启闭特性压力超调. 1 前言 闭合压力之 间的变化情况 。 滋流阀的内漏量是其型式试验及 出厂试验的必做 必检项目 , 是一项综合性性能指标 。 它反映了生产厂 家的制造工艺和装配水平 , 其大小对滋流阀的静动态 特性有明显 的影响 。 本文以Y
2、l一1 0 B 型先导式滋流 阀 为试件 , 按照标准规定 2 3)4 56 对其 静 、 动态特 性进行了试验研究 , 得出了量化的结 论与变化规律 。 2 滋流闷内泄漏的主要部位 在滋流阀中外泄漏按规定不允许 。 内泄漏的主要 部位如图1所示在导阀芯与导阀座配合处 、 主阀芯与 主阀座配合处和主阀芯在主阀孔 中滑动的导向部分的 间隙处 。 经试验表明前二项 为主要内泄漏部位 。 经过 对奶对由不同导 阀和不同主阀组合的滋 流 阀总 泄漏 量的侧试 , 证明了滋流阀的内泄漏量 基本上等于前两 者泄偏量之和 。 导 门前睦主 阅上睦 广广一 一一一一 日日日日日日日日日日日日日日日 日日日卜分
3、 .A 六子,介 介介介 日日 . 只 卜闷 v v, 刊寸寸寸寸 l l l l l l l _ 划 月月 一 一一一一一目目 ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 鳍鳍鳍鳍鳍蘸 蘸蘸 湘湘湘湘湘 尸尸尸尸 翼翼翼翼翼翼翼 外控口K 通过试 验研 究分析可得出以下结论 : 滋流阀开启压力与闭合压力随着其内泄漏量的 增 加而降低 , 启闭特性 变差 。 按发14 6一7 7溢 流阀 出 厂试验技术指标规定的Y l一1 0 B谧 流阀的开启力不 低于 5 . 2M Pa , 闭合压力不低于 4 . g MI、的 要求 , 则 内 泄漏量有0 一 1 10 n
4、d/ 而 n 范围内均达到启闭特性要求 。 这说明标准上规定 的内泄漏标 准 7 5 n ll了而n 是正确的 。 导阀内泄漏量对启闭特性的影响比主阀内泄漏 量对启闭特性的影响小 。 如果用每单位泄漏量变化量 的开启压力或 闭合压力 变化量的平均值计算 。 其结果 是 : 导阀内泄漏 量每增 加I llJ/ 而 n 则开启压力降低 0 . o ol 8 Mr a , 闭合压力 降低 0 . o o 17 8MP a 。 主阀内 泄漏 量每增加 lml了而n 则开启压 力降低0 . 以刀4MF恤 , 闭合 压力降低0众犯3M田a 。 主阀的影响约 为先导阀影 响 的 1 . 3倍左 右 。 (2
5、 ) 溢流阀 内泄漏对其启闭特性影响的理论分析 滋流阀的静态方程如下 : 先导阀前腔 的流量连续方 程式(见图l ) 先”阀“口流量 : 份 q 诚 、s i na Z 浮 先导阀阀座阻尼孔流量 : 认 = 凡 : (P l 一pZ) 先导阀 阀芯与阀座处 泄漏 量 : q: 二 q耐 2如 汤 : 令 。= Q : +qZ 图IY I一10 B型滋流阀结构图 3 道流阁内泄漏t对其静态特性的影响 (l ) 溢流阀内泄漏量对启闭特性影响试验 试验 前首 先是 用不同内泄漏量的先导阀与主阀的 配对选择 ; 图2表明了溢流阀 内泄漏量与开启压力及 、 2 , 】一 ,2卜“2JZ, 2、 一 。
6、2 俘 (1) 式中 : 凡 2= 会硫 12 8 川二 导 阀阻尼孔 特征系数 ; j面 丽的 020020 4 0印助 一。 叮一心 l +叮z(mU口l如) 图2滋流阀内泄漏量对启闭性的影响 1卯8年第4期 C一考虑层流起始段影响的系数; d h a一先导阀阻尼孔直径 ; 姚一先导 阀孔直径; 群一油液动力粘度; 场一先导阀阻尼孔长度 ; P l一主阀上腔压力 ; 几一先导阀前腔压力; 几一先导阀流量系数 ; d一先导阀阀口直径; 为一先导阀阀芯位移量 ; a 2一先导阀芯半锥角 ; ( .么 国).d 只 田 双嗽 . 芝 。 气 只田如胶 尸一油液密度; 姚一先导阀当量间隙 。 它
7、是对导阀芯与导阀座配 合处泄漏形式的反映 , 由试验知这种 泄漏形式主要包 含有缝隙泄漏及多孔 隙泄漏 。 这种不规则的泄漏形式 形成的泄漏量等于用当量 间隙算出的泄漏量 。 先导 阀阀芯力平衡方程 忽略阀 芯自重 。 从(了, +了2)= AZ尸 :一 CZ氏2耐2了Z sin ZaZ尸: (2) 式中 : 凡一调压弹簧 刚度 ; AZ一先导阀芯承 压面积 ; 氏2一先导阀流速系数 ; 介一调压弹簧的预压缩 量 。 主阀芯上腔的流量连续方程式 主阀芯阻尼孔的流量 : 认 二 K . : (p , 一 p l) 认 = Q 。, 人 , (尸 , 一 尹;) = 凡 : (尸 : 一pZ) (
8、3) 阀口将开未开时 , 由(4)式知 : 由(5) 式知 : 认 一 c : 耐 一占- 即 ) 1= 0)的进口压力 (户 : 二 尸*) 。 A 10 (尹 *一 尹2) = K , ) 10 、,声、,尹 成U 7 廿 了 胜、2 .、 由(3)式知 : (尸 * 一尸, ) (尸 : 一尸2 ) 连立(l)(7) Pk一Pl= 式得 : e Z耐2 (, 25;na Z+ 。2) 丫岛奋矛 长 : (8) 将(8 )式代入(6 )式得 : e . 耐 . 。, 丫丽币 = 认 一 C Z二d: ( yZs i na:+ 占 2) (9) 由 (2)式知 : 尸2 :十 。 2) 丫万
9、刃 凡(细 十为 ) 丫 y为 知yZ A: 一 q C Z 耐Zy Z s in Z a Z , . p Z二 KZ场/A Z (10) 式中 : 长 , 二 去 七 耐击 连立(9) (10) 式得 : 12 8产l。 - 主阀节流孔特征系数 ; C一考虑层 流起始段影响的 系数; 1 0 1一主阀阻尼孔 长度 ; d 0 ,一主阀阻尼孔 直径 ; p ; 一溢流阀进 日压力 。 主阀芯力平衡方程 忽略阀芯自重 , 摩擦力及稳态液 动力 : A: (尸 , 一尹一)= K , (了 1。+ J l) 式 中 : 山一主阀芯上下端承压面 积; K I一平衡弹簧 刚度; yl o一平衡弹簧的预
10、压缩量; 为一主阀芯位移量 。 主阀进油腔 的流量连续方程式 _ _ 。 一 。 2、2 (, Zsin 。2、 。 2)、 厚 压 P k ! _ 、 脚 2 L C I 耐 la一 了2/尸 (11) (4) 主阀阀 口流量 : ,l, .sin。1汤 。.=e , 、 , 。 1福 口 ,= C . 耐 l.sinal 主阀芯 与阀座处泄漏量 : 认 一 Q l一 认 一ql= 0 认 一 C , 耐 1 ( y, sin al + p, ) 二0 厂万一 01) 入/ 一万尸- 一 人 l 又P : 一 尸 (5) 从(1 1)式 中可 看出几 、 占 1 增加 , P k 下降 ,
11、而 且占 。 的 影 响比占 : 大 , 这与 试验结果相 一致 。 在 (11 )式 中也说明先导式溢流 阀中 , 在主阀要 开未开 时先导阀已开启 , 此种很小的 开启状态要考虑 当量 间 隙变化的影响 。 关于闭合压力 p 。 的分 析方法一样 , 只是 由于主 阀摩 擦力问题造成了开启压力与闭合压力 的差异 。 周3 、 图4 、 图5表明了滋流 阀 内泄漏 量对 卸荷 时间 , 压力回升时间及压力超调量的影响情况 。 通过对 试验研究分析可得出如下结论 : 滋流 阀的卸荷时间 , 压力回升时间及压力超调 量 随着其内泄漏量的增加而增大 , 动态特性变差 。 按试验 中加入 流量阶跃信
12、号的控 制方法不同 , 内泄漏量变化 对三项 动态指标的影响不同 : 用远程控 制口控制比用滋流阀进 口控制其卸荷时间和压力超调 量 , 指标较优 , 卸 荷时 间 指标前 者比后者平 均快 0 . 0 16 5 5; 压力超调量指标前者比后者 平 均小 1 . 7% , 己厄盆俘最 式 中 : c l一主阀的流量 系数 ; d l一主阀阀口 直径 ; a l 一主阀的半锥角 ; 认一油泵供给溢流阀的流量 ; 仇一主阀 当量间隙 。 它是对主阀芯与主阀座配 合处泄漏形式的反 映 , 由试验知这种泄漏形式主要包 含有缝隙泄漏及多孔隙泄漏 , 这种不规则的泄漏型式 形成的泄漏量等于用 当量间隙算出
13、的泄漏量 。 方程式 (l) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 、 (5)即为滋 流阀 的静态方程 。 盗流阀的开启压力是指当溢流阀开始溢流时( 主 68 04 02 002 04 0 印 甲,蟹1 +叮z(.Uu”n) “” 溢流阀远程控 制口处电磁阀动作 “” 滋流阀进口处 电磁阀动作 图3滋流阀内泄漏量对卸荷时间的影响 机床与液压 主阀芯上腔的流量连续方程式 V l一 户 霎 ! . 鄂麟沙箫 人 : (尹 1 一 尸2) = 长 . (尸 , 一 尸1) dp 一 d了l 一万一十/ t 1一丁一 d td t (14) l加 即阅 40200204 0 6 0 801加 q 一叮r
14、叮z (mUm i n) 式中 : V l一主阀上 腔容积; 风一油液的有效容积模数 。 主阀芯力平 衡方程 忽 略稳态和瞬态液动力及自重 : 矛钓 A一又几一P;) 二 m l 丁万 + “. UL 如 dl +天l ( 10 + JI) “” 滋流阀远 程控制口处 电磁阀动作 “” 溢流阀进口处电磁阀动作 图4滋流阀内泄漏量对压力回升时间的 影响 (15) 。,今2 孟 , 少兰全云 气 状 式中 : m l一主阀芯 质量加上 1乃 平衡弹簧质量; B l一主阀芯运动粘性 阻尼系数 。 主阀进油腔的流量连续方程式 Q : 一 c ,二J, (, lsin 。:+ 占 . )了而二 币 一
15、凡 , (, ; 一 , 1) 认dP , 一 风 dl dyl 十月 I 一丁一 d t (16) 10 0 肋 60月02002040608 01 0 0 叮 ql +叮老(mUlnln) 式中 : K一从油泵到主阀前腔管路段的总容积 。 (12) 、 (13) 、 (14) 、 (15) 、 (16) 式表达 了溢 流阀 的动态特性 。 但这 是一组非线 性微分方程 。 将这一组 微分方 程在设 计工作点 i进行线性化及拉氏变换得 : “” 滋流阀远程控 制口处电磁阀动作 “” 溢流阀进口处电磁阀动作 图5溢流阀内泄端量 对压力超调量的影响 而压力回升时间指标两种方法相差甚小 。 滋流阀
16、的内泄漏量在 0 一 11 0 1 111丫而n 范 围内变 化时 , 对压力回升 时间 、 压力超调量及卸荷时间影响 均较小 。 经计算其具体的数值为 : 压力回升时间指标 采用进口控制 时变化值小于0 . 25 , 采用远程控制 时小 于0 . 1 3 5; 压力超调量指标采用 进口控制时 变化值小 于1 . 6% , 采用 远程 控制 时 变化值小于 2 . 8%; 对于 卸荷时间指标采用进口控制时变化值小于0 . (只8 5, 采 用远程控制时变化值小于0 . m6 5。 4 溢流阀的内泄漏对其动态特性的影响 滋流阀的 内泄漏对其动态特性的影响 , 未作试验 研究 , 只进行下述理论分析 。 滋流阀的微分方程如下 : 先导阀前腔的流量连续方程式 忽略导阀前腔的油液压缩性 : 凡2尸、( s ) 一 助 2(s ) = (A Zs + 凡 2)2(s ) b P Z(、) = (m Z sZ + e )了 2(s) (1
