滑阀

滑阀

滑阀的种类及特征

滑阀的种类及特征

分类

种类

特征

按结构型式

分为圆柱滑阀、旋转滑阀和平板滑阀

普遍采用的是圆柱滑阀。平板滑阀是为解决圆柱滑阀的加工精度而提出的结构随着加工水平的提高圆柱滑阀的加工困难已得到解决

按节流工作边数分类

b22d3d4a

单边、双边和四边滑阀

单边制造容易性能差双边制造较难性能较好四边制造困难性能最好

按油口通路数分类

二通阀、三通阀和四通阀

特征、图示同“单边、双边和四边滑阀”的特征和图示

按零中位时阀的开口形式分类

b22d3d4b

按零中位时阀的开口形式分类

对于四通阀、三通阀又有零开口阀、正开口阀和负开口阀之分

图中 b——阀芯凸肩宽度

B——阀套阀口宽度

零开口阀的流量增益恒定死区小灵敏度高零位泄漏小。一般都采用但制造较难

正开口阀无死区在正开口范围内流量增益为零开口阀的两倍但流量特性非线性零位泄漏大较少应用仅用于伺服阀的前置级、恒流系统及高温系统的场合

负开口阀死区大不灵敏流量特性非线性一般不用。负开口阀与零开口阀并联用于出现大信号时增大流量

按阀口形状分类

B22D3D4c

有全周开口和局部开口。全周开口如图e局部开口又有矩形阀口和圆形阀口两种

大流量阀采用全周开口中小流量阀采用局部开口。局部开口阀中的圆形阀加工简单但阀口过流面积与阀芯位移不成线性流量增益非线性用于要求不高的场合矩形阀口流量增益为线性普遍采用

按阀芯的凸肩数分类

凸肩数有:23456

凸肩起配油和支承作用。采用全开口时必须多于3个凸肩34个凸肩的最常用特殊场合采用56个凸肩的

滑阀的静态特性及阀系数

滑阀的静态特性及阀系数

滑阀类型

无量纲

压力-流量特性方程

工作零点

零点阀系数

零位泄漏

典型

应用

Kq0

Kp0

Kc0

Qc

A四通滑阀(四边)(滑阀的种类及特征中图c)

xv0

pL0

QL0

(理论)

0(理论)

0(理论)

控制对

称缸或

马达

B三通滑阀(双边)(滑阀的种类及特征中图b)

xv0

pcps/2

QL0

(理论)

0(理论)

0(理论)

控制差

动缸

Ac2Ar

C四通滑阀(四边)(滑阀的种类及特征中图f)

xv0

pL0

QL0

2ps/U

控制对

称缸或

马达

D三通滑阀(双边)(滑阀的种类及特征中图b)

xv0

pcps/2

QL0

ps/U

控制差

动缸

E带两个固定节流孔的四通滑阀(双边)(滑阀的种类及特征中图d)

ps/U

作双级滑阀式伺服阀的前置级

F带一个固定节流孔的二通滑阀(单边)(滑阀的种类及特征中图a)

xv0

pcps/

(1+α2)

QL0

ps/2U

用于性能要求不高的简单液压伺服机构

式中 ——无量纲位移xv/xvmxvxvm分别为滑阀的位移、最大位移m

——无量纲压力pL/psps为供油压力PapLp1-p2为负载压力Pa

——无量纲流量QL/QLm为负载流量

QLm——最大空载流量

Cd——流量系数

W——面积梯度(开口周边总长)m

ρ——油的密度kg/m3

μ——油的动力黏性系数Pa·s

rc——阀芯与阀套的半径间隙m

对于正开口阀:xv/UxvmUU为正开口量

对于三通阀:pc/pspcpc0ps/2

对于Fpc/pspcps/[1+α2(1-)2]αCdWU/(Cd0a0)Cd0a0分别为固定节流孔的流量系数及面积

对于Ep1/psp2/psp1ps/[1+α2(1-)2]p2ps/[1+α2(1+)2]

线

B22D3D5a

b22d3d5b

滑阀的力学特性

滑阀的力学特性

1

滑阀上的

作用力

计算公式

附图及说明

惯性力

FI

mvt——总质量kg

mv——阀芯质量kg

——阀芯加速度m/s2

ρV0——阀芯腔室中油液的质量ρ为油液的密度kg/m3

V0——油液容积m3

——前置级至滑阀两端管道中各段油液质量折算到阀芯处的等效质AiVi为各段的截面积和容积Av为滑阀的端面积

黏性

摩擦力

Fv

Bv——滑阀的黏性摩擦系数

μ——油液的动力黏性系数Pa·s

d——滑阀直径m

l——阀芯凸肩总长m

rc——阀芯与阀套的径向间隙m

液压

卡紧力

FL

αL——侧向力系数t/c0.9αLmax0.27

d——滑阀凸肩直径m

l——滑阀凸肩宽度m

p1p2——凸肩两侧压力Pa

t——侧压时大端的最小间隙m

c——阀芯处于中心时大端处的径向间隙m

e——阀芯与阀套的偏心距m

减弱措施:

(1)控制锥度使t/c=1减少侧向力(2)在阀芯两端支承凸肩上开3~5条环形槽可显著减少侧向力(3)提高过滤精度减少因杂质造成的卡住现象

稳态

液动力

Fs

(1)流过单个阀口时:

方向:力图使阀口关闭

(2)各种滑阀的稳态液动力见表2

B22D3D6b

CdCv——流量系数、速度系数Cd0.61Cv0.98

W——面积梯度m

Δp——阀口上的压降Pa

θ——阀口处的射流角θ69°

Ks——液动力刚度系数Ks0.43WΔpN/m

补偿办法:

(1)径向小孔法(2)回流凸肩法(3)负力窗口法(4)压降法

瞬态

液动力

Ft

(1)流过单个阀腔时:

方向:与阀腔流体加速的方向相反

(2)各种滑阀的瞬态液动力见表2

L——液体在阀腔内的实际流程Ftxv方向相反为正阻尼Ftxv方向相同为负阻尼

Bt——阻尼长度

滑阀

的运动

方程

Fg——滑阀的驱动力N

Fk——弹簧力FkKLxv

KL——弹簧刚度

注:侧向力FL补偿后造成的摩擦力较小已忽略

2

滑阀类型

工作阀口数

稳态液动力Fs

瞬态液动力Ft

零开口(滑阀的种类及特征中图c)

2

0.43W(ps-pL)xv

正开口(滑阀的种类及特征中图f)

4

0.86W(xvps-UpL)

零开口(滑阀的种类及特征中图b)

1

正开口(滑阀的种类及特征中图b)

2

0.43W[xvps+U(ps-2pc)]

带两个固定节流孔的正开口四通滑阀(滑阀的种类及特征中图d)

2

0.43W[xv(p1+p2)-UpL]

带一个固定节流孔的正开口二通滑阀(滑阀的种类及特征中图a)

1

0.43Wpcxv

滑阀的功率特性及效率

滑阀的功率特性及效率

下面以应用最广的零开口四通滑阀为例

项目

计算公式

说明

输入功率

最大输入功率

Q0Q0m——空载流量、最大空载流量

Qs——供油流量

QL——负载流量

pLps——负载压力、供油压力

η——最大输出功率点

b22d3d8

输出功率

无量纲输出功率

最大输出

功率及条件

效率

定量泵供油

恒压变量泵供油

滑阀的设计

滑阀的设计

1

设计项目

设计的一般原则

工作边数和通路数的确定

工作边数及通路数主要应从执行元件类型、性能要求及制造成本三方面来考虑

三通(双边)阀只能用于控制差动液压缸四通(四边)阀可控制液压马达、对称液压缸和不对称液压缸但用对称四通阀控制不对称液压缸容易产生较大的液压冲击运动不平稳

四通阀的压力增益比三通阀高一倍它所控制的系统的负载误差小系统的响应速度高性能要求高的系统多用四通阀负载不大、性能要求不高的机液伺服机构或靠外负载回程的特殊场合常用三通阀二通阀仅用于要求能自动跟踪但无性能要求的场合

四通阀制造成本较高三通阀次之。二通阀极易制造

阀口形状的确定

阀口形状由流量大小及流量增益的线性要求来确定

大流量阀要求面积梯度大因此采用全周开口为有足够刚度小流量阀的阀芯不宜做得很小因此采用局部开口。局部开口的阀有矩形阀口和圆形阀口两种矩形阀口具有线性的流量增益但须用电火花或线切割加工圆形阀口加工简单但流量增益非线性。多数采用矩形阀口仅性能要求不高的阀才用圆形阀口

零位开口型式的确定

零位开口型式取决于性能要求及用途

零开口阀的流量增益为线性压力增益很高应用最广。正开口阀零位附近的流量为非线性压力增益为线性但增益较低零位泄漏大一般较少用多用于前置级、同步控制系统、高温工作环境和恒流系统

凸肩数的确定

凸肩以保证阀芯有良好的支承便于开均压槽并使轴向尺寸紧凑为原则

四通阀一般为34个凸肩。三通阀2个或3个凸肩。特殊用途的滑阀除两端作控制面外还有辅助控制面56个凸肩

供油压力ps

一般以供油压力作为额定压力

常用的滑阀供油压力为46.3102132MPa

最大开口面积Wxvm

Wxvm表征阀的规格由要求的空载流量来确定确定Wxvm组合的原则如下:

(1)防止空载流量特性出现流量饱和原则。使

(2)保证阀芯刚度足够原则。取阀杆直径drd/2d为阀芯直径

综上得:

阀芯直径d的确定

d的大小应从流量大小、动态性能及刚度三方面来考虑

流量大时d应足够大d太大惯性力大动态变低d太小阀杆刚度低易变形且要求较大的行程xvm对于功率滑阀d太小控制面积小液压谐振频率低动态低。d的一般范围见表2

阀芯最大行程xvm

xvm大有优点但要求有较大的驱动力、速度或功率。因此前置滑阀的最大行程受力矩马达或力马达输出位移、力和功率的限制功率滑阀的最大行程受前置级流量的限制。xvm的一般范围见表2

面积梯度W

对于机液控制系统因各环节增益不可调应根据稳定判据先确定开环增益然后根据执行元件和反馈元件的增益确定出滑阀的零点流量增益Kq0再由确定出W最后由W/xvm67计算xvm

对于电液控制系统因开环增益调整方便可先选择xvm再确定W

对于大流量的全周开口阀:Wπd且需满足xvm5%dW/xvm67的条件因此须用试探法确定dWxvm

结构设计

阀套与阀体过盈配合采用热压法安装

阀芯与阀套的轴向配合尺寸或遮盖量为微米级径向间隙为几微米至十几微米几何精度和工作棱边的允许圆角为零点几微米

四通滑阀的阀套有分段和整体两种结构。分段式主要是为了解决轴向尺寸难以保证和方孔加工困难而采用的结构。但分段式阀套的端面垂直度及光洁度要求很高内外圆要反复精磨。随着加工水平的提高多数阀套采用整体式阀套

2

空载流量Q0/L·min-1

10

10~100

160~250

400~800

直径和最大行程

d

xvm

d

xvm

d

xvm

d

xvm

喷嘴挡板式伺服阀/mm

5

0.2~0.4

8

0.4~0.8

10~16

0.8~1.0

20~30

2~3

双级滑阀式伺服阀/mm

8~10

0.6~1.0

12~20

1.0~1.5

20~24

1.5~2.0

30~36

2.5~3.5