太原理工大学机械测控专业兰晋论文

太原理工大学机械测控专业兰晋论文内容摘要：

时阀芯台肩与阀体孔有足够的封釉长度。 在间隙和封釉长度一定时 ，内泄漏量随工作压力的增高而增大。 泄露不紧带来功率损失，而且引起油液发热，影响系统的正常工作。 4）换向平稳性 要求换向阀换向平稳，实际上就是要求换向时压力冲击要小。 手动和电液动换向阀可通过控制换向时间来改变压力冲击。 中位机能为 H、 Y型的电磁换向阀，因液压缸两腔同时通回油，换向经过中位时压力冲击值迅速下降，因此换向平稳。 5）换向时间和换向 频率 电磁换向阀的换向时间与电磁铁有关。 交流电磁铁的换向时间约为 ，直流电磁铁的换向时间约为。 9 2． 2 几种换向阀的比较 平面密封型（滑阀） 其机构如下图 图 21 平面密封的 阀芯 结构图 Fig21 Plane of the spool seal structure 当电磁铁失电时，弹簧 4 推动顶杆 5 运动，顶杆 5 再推动柱塞块 6 运动，使柱塞块与进液套顶紧，从而形成密封面， 此时油液从 P 口进入通过油路从 A 口流出。 当电磁铁得电时，弹簧 7 推动推动柱塞 8 运动，柱塞推动顶杆 9 运动，顶杆推动柱塞块，从而使其在柱塞块在另一端形成密封。 10 此时油液从 P 口流入从 B 口流出。 因柱塞块与进液套接触均为平面。 所以叫平面密封。 平面密封具有摩擦力大， 切换动作迅速、精确，并可微调，但密封性较差。 它适用于压力、温度不高的场合。 但是滑阀有一些问题是亟待解决的，也因为以下原因此次没有选择滑阀结构。 1） 滑阀工作时， 液压油中的污染颗粒随泄漏油液～起进入滑阀运动副间隙，其中某些颗粒会滞留在运动副间隙中。 当阀芯换向时， 在间隙中的枵染颗粒就会对阀芯产生附加的阻力，这就是枵染卡紧力。 污染卡紧力的产生， 使得滑阀换向困难。 大量事实表明，滑阀在使用过程中， 经常发生污染卡紧现象。 对于电磁换向阀而言， 足够大的污染卡紧力会造成阀芯的完全卡死而使换向失效。 对于比例阀来说， 污染卡紧力改变了输入电流与输出参数 (如流量、压力等 )之间的对应关系，使阀失去比例控制的作用。 污染卡紧力对伺服阀的危害主要使伺服阀的滞环增大，使阀的伺服功能下降甚至丧失。 另外，油液中的污染物不仅园淤积堵塞而产生污染卡紧力．同时也对滑阀运动副的配合表面产生磨损，使表面 粗糙度和间隙增大，泄漏量增大． 阀的工作性能下降。 试验表明，固体颗粒的尺寸与滑阀运动副间隙的相对大小是影响槽阀污染卡紧与污染磨损的重要因索，即不同尺寸的颗粒对滑阀的危害程度是不同的，滑润总是对某一尺寸范围的颗粒污染物最为敏感。 2） 一般滑阀的阀孔和阀芯之间有很小的缝隙，当缝隙中有油液时，移动阀心所需的力只须克服粘性摩擦力，数值应该是相当小的，可是实际情况并非如此，特别是中、高压系统中，当阀芯停止运动一段时间后 (一般的说， 5分钟以后 )，这个阻力可以大到几百牛顿，使阀芯重新移动十分费劲，这就是所谓滑阀的液压卡 紧现象。 引起滑阀液压卡现象的原因，有的是由于脏物进人缝隙而使阀芯移动困难，有的是由于缝隙过小，在油温升高时阀芯膨胀而卡死，但是主要的原因是来自滑阀副几何形状误差和同心度变化所引起的径向不平衡液压力。 这种由于受到径向不平衡液压力将阀芯推压在阀孔的某一侧产生的摩擦阻力叫液压卡紧力。 如果阀芯和阀体都是完全精确的圆柱形，径向间隙间无任何杂质，径向间隙处处相等，则在缝隙中的压力按线性规律分布，不存在径向不平衡向力的问题。 但是由于加工、安装等原因造成的误差，使得阀芯与阀体的径向间隙不可能处处相等，因而径向力也不可能按线 性规律分布。 当阀芯受到液压卡紧力的作用而和阀孔相接触后，缝隙中的存留液体被挤出，阀芯和阀孔间的摩擦变成半干摩擦及至干摩擦，因而使阀芯重新移动时所需力就大大增加了。 11 锥面密封型 其结构如下图 行 程 0 . 4 图 22 锥面密封的 阀芯 结构图 Fig22 Sealed spool cone structure 锥面密封阀与平面密封的工作原理类似。 不同的是密封面为锥面密封。 锥面密封阀具有密封性好，结构简单， 制造和维修比较方便。 工作行程小，启闭时间短。 但 流体阻力大，开启和关闭时所需力较大 ， 不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。 调节性能较差。 以下是锥阀先阶段存在的一些问题，也是此次没有选锥阀的的原因。 1） 气穴的产生： 气穴的产生会使阀的特性变坏 ,使液压系统产生振动、噪声 ,使金属表面气蚀、损坏零件 ,缩短液压元件和管道的寿命。 造成流量的压力脉动 ,使系统刚性降低 ,以及油液变质等等不良后果。 因此认识液压阀中产生气穴的状况、气穴与阀 12 口形状的关系 ,以及液压阀中气穴产生的界限 ,以避免产生气穴现象是极其重要的事情。 2） 锥阀内 的流体阻力比较大，开启和关闭需要的力较大，这就对材料的要求比较高，而且由于锥阀本身结构的特点，在一些方面明显不如球阀好用。 球面密封型 其结构如下图 ： 图 23 球面密封的 阀芯 结构图 Fig23 Spool sealed spherical structure 球面密封在原理上是和平面密封和锥面密封相似的，密封方式也和锥阀相似。 只是把锥面换成了球面。 它的特点是驱动电流很小，既符合本安型电源设备的电 流要求，还具备多个电磁阀可同时驱动的功能，便于成组地顺序移动支架，一般功率要求要小于 ，为常规阀的二十分之一，是一种超小功率的电磁换向阀。 它具有如下三个特点： 1）采用球阀结构形式，阀内设内部流道，保证阀芯二端由油压引起的压力相互平衡，阀打开时电磁铁仅需克服弹簧反力，另外电磁铁推力经杠杆放大。 上述两种措施可降低阀开启时所需电磁铁推力，便于迅速开启电磁阀。 阀座采用不锈钢材料淬硬，球采用高精度陶瓷材料，以防包括气蚀在内的各种腐蚀，提高电磁先导阀的工作寿命。 2）采用液压平衡结构无需克服采用干式电磁铁结构时 推杆处 O 形密封圈额外的摩 13 擦阻力，以充分利用电磁铁的有限推力，提高电磁先导阀换向的可靠性。 另外由于油液的润滑作用和阻尼作用，减缓了衔铁对阀体的撞击，动作平稳，噪声小，并减少了运动副之间的摩擦，大大延长了电磁铁的工作寿命。 3）电磁铁结构设计合理，用导磁率较高的电工纯铁组成封闭型导磁壳体作为整体支承，内部线圈和壳体间间隙和接线盒内采用胶封措施提高防爆安全性。 磁路系统结构合理，设计新颖，采用部分衔铁在隔磁套内动作的新结构。 厚度较大的隔磁套既耐高压（额定压力可大至 32MPa），又能有效限制漏磁通产生的不利影响，提高 电磁铁吸力。 同时它还具有一些滑阀和锥阀所没有的 特 点。 1)无液压卡紧现象，对油液污染不敏感，换向性能好。 2)密封为线密封，密封性能好，最高工作压力可达 63MPa. 3)电磁吸力经放大后传给阀芯，推力大。 4)使用介质的粘度范围大，可以直接作用于高水基、乳化液。 5)球阀换向时，中间过渡位置三个油口互通，故不能像滑阀那样具有多种中位机能。 6)因要保证左右阀座和阀座孔的同心，因此加工、装备工艺难度较大，成本较高。 7)目前主要用在超高压小流量的液压系统或作为二通插装阀的先导阀。 基于以上的原因，我此次选择 球面密封的电磁先导阀作为我最后设计的方案。 14 第三章 先导阀的力学分析 稳态液动力的计算 稳态液动力是指阀开口一定时（稳定流动时 ）由于流经阀腔和阀口的液流截面积及其方向的改变而引起液流速度的变 化，导致液流动量的变化而产生的液动力，它可以分解为轴向分力和径向分力。 由于阀体的油腔对称的设置在阀体的周围，因此沿阀芯周围的径向力相互抵消，只考虑轴向液动力。 稳态轴向液动力 因为 cosPQUFs  （ 31） 而 ppACQ xd  2其中 Q为阀的流量， dC 为流量系数，取。 xA 为油液通流截面积，xA = dб , p 为压力差， d 为阀孔直径。 U 为流液速度。 б为阀芯开口量。  为阀口通流截面母线的半锥角， cos =d/2R， R 为阀芯钢球半径。 油液的选择：选 YB~N6 抗磨液压油。 密度在常温常压下 0 =（ ~）  310 kg/ 3m ，取 0 = 310 kg/ 3m。 在压力为 下根据质量守恒定律， 00V = V 油液的压缩率公式dpdVV1得 333 30 / mKgPP    式中：  为压缩率，表示在压力作用下油液的体积变化。 PdCQ d   （ 32）   2vCV （ 33） 式中 pPUCv  2,1 将该式代入 31式，得 15 dC QU d   dCPQP Q UFds c osc os 2 当然稳态轴向液动力得表达式还可以写成  c o PdCF ds  1)产生最大稳态 液动力时得开口量 maxx  c o m a xm a x sds pdCF  （ 34） m ax2 c os Fd dC pQ   sd PpdCQ a x   dC 取 ，  取 33 / mKg 637m a x 90010 Fx )( 7 m 2） 最大稳态轴向液动力 maxsF  c o m a xm a x sFds pdCF  673    负号表明稳态轴向液动力的方向是指向使阀口关闭的方向。 3） 最大开口量处的稳态轴向液动力 39。 sF m a x239。 c os  dC QF ds  （ 35） 16  3327   无论是最大稳态液动力还是最大开口量处得稳态液动力都十分小，可以忽略不计。 阀体各状态下的力学分析 dd d12 3FcPFsFfOT球 阀 1球 阀 2 图 31 整体受力图示 Fig31 Picture shows the overall force （ 1） 当电磁铁未得电时 先取左边陶瓷球做受力分析，陶瓷球处于静止状态。 如下图所示： 图 32 左边陶瓷球的受力分析 Fig32 The left side of the mechanical analysis of ceramic ball 17 陶瓷球所受合力为 0 在水平方向： 040c o s40c o s 21  顶压 FFFFF s  （ 36） 在竖直方向 : 040s in40s in 21  FF 即： 21 FF 而根据经验，要是小陶瓷球能密封住，在水平方向除去 1F , 2F 作用的剩余的合力为 17N.即： NFFFs 17 顶压 （ 37） 其中 : 1SF 是弹簧力 （量纲： N）。 压F 是由于液压油压力差在 S1 面上产生的作用力 （量纲： N）。 顶F 是顶杆对陶瓷球的作用力 （量纲： N）。 1F 是顶杆套对陶瓷球的上支撑力 （量纲： N）。 2F 是顶杆套对陶瓷球的下支撑力 （量纲： N）。 1SPPF ）（ 背压  （ 38） 其中 : P 是进油口的压强， 背P 是背压 （量纲： MPa） S1 是压强差作用的面积 （量纲： mm2 ）。 而 S1的面积的确定如下图： (指得是相切处的面积。