带U形节流槽的滑阀稳态液动力研究

　　当流体流经阀腔时,其动量的改变必然产生液动力.液动力不仅会影响阀的操纵力,而且可能引起阀的自激振动,影响整个液压系统的稳定性和可靠性.故液动力是设计、分析液压控制阀的重要因素之一.许多学者分别用理论分析、仿真及实验研究的方法对不同类型液压阀液动力展开了研究.冀宏等[1]利用流场计算和理论分析研究了非全周开口滑阀U型和V型节流槽稳态液动力,发现液流进出节流槽的流动方向不同,液动力大小和方向均有变化.Amirante等[2-4]用实验辅以CFD仿真对中位常开三位四通换向阀液动力进行了研究,发现了中位常开阀与中位常闭阀显著不同.曹秉刚等[5-6]用理论分析和深入探讨了内流式锥阀液动力,得到新的内流式锥阀液动力理论方程.周盛等[7]用实验研究提出一种外流式锥阀液动力补偿方法———阻尼套压力补偿法.张德虎等[8]提出了一种能够提高高速电磁开关阀的响应速度和减少液动力的芯套双动法.

　　本文采用试验测试和流场仿真相结合的方法,对带U形节流槽滑阀在不同流动方向下稳态液动力情况和阀口压力、流量特性进行了分析,系统研究了稳态液动力、流量、压差及阀口开度之间的关系.本文还首次研究了三位六通阀双向进出油时稳态液动力情况,并对双向进出油稳态液动力值与单向流出流入稳态液动力耦合值进行了分析比较.研究结果对于带U形节流槽的滑阀的优化设计具有一定的指导意义.

　　1　带U形节流槽滑阀稳态液动力试验

　　1.1　试验对象

　　研究中所用阀为日立建机所提供的多路阀(图1),此阀是一种能控制多个液压执行机构的换向阀组合,一般用于包括工程机械在内的行走机械中.本文取多路阀中的一个三位六通阀的右位(P→A;B→T)作为试验对象,将其他不相干的因素去除或堵死.该阀阀芯为带U型节流槽滑阀,实际应用中B口到T口节流槽为流出方向(OUT)、P口到A口节流槽为流入方向(IN),如图2所示.

　　1.2　试验系统

　　试验系统及液动力测试装置如图3所示.图3(a)为试验系统总图,由2个泵站及液动力测试装置组成.泵站提供大流量高压油,两泵站可单独使用也可同时使用,实现单路或双路进出油.泵与被测阀之间用高压软管连接,滤波器可以滤除各种高频干扰,对油液脉动进行衰减.比例溢流阀起到了保压、稳压和压力过载保护的作用.液动力测试装置用来测量液动力、压力、流量、阀口开度等参数.因为出口处的压力较低,流量计的信号通过滤波器滤去不相干的高频信号后采集.

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　　试验装置中液动力测试部分如图3(b)所示,通过合理的设计将液动力和其他力进行分离.对于重力的分离采用了阀芯垂直布置的方式,阀芯施加于力传感器上的重力可以通过力传感器清零来去除.在试验系统设计中摩擦力的分离是难点,克服摩擦力干扰的关键是防止阀芯和阀腔之间的润滑方式由流体润滑向边界润滑的转换.主要措施有:1)加颤振信号,使阀芯的功率级在平衡位置作微小振动,