【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)閥芯臺(tái)肩與閥體孔有足夠的封釉長(zhǎng)度。在間隙和封釉長(zhǎng)度一定時(shí) ，內(nèi)泄漏量隨工作壓力的增高而增大。泄露不緊帶來(lái)功率損失，而且引起油液發(fā)熱，影響系統(tǒng)的正常工作。 4）換向平穩(wěn)性 要求換向閥換向平穩(wěn)，實(shí)際上就是要求換向時(shí)壓力沖擊要小。手動(dòng)和電液動(dòng)換向閥可通過(guò)控制換向時(shí)間來(lái)改變壓力沖擊。中位機(jī)能為 H、 Y型的電磁換向閥，因液壓缸兩腔同時(shí)通回油，換向經(jīng)過(guò)中位時(shí)壓力沖擊值迅速下降，因此換向平穩(wěn)。 5）換向時(shí)間和換向 頻率 電磁換向閥的換向時(shí)間與電磁鐵有關(guān)。交流電磁鐵的換向時(shí)間約為 ，直流電磁鐵的換向時(shí)間約為 。 9 2． 2 幾種換向閥的比較 平面密封型（滑閥） 其機(jī)構(gòu)如下圖 圖 21 平面密封的 閥芯 結(jié)構(gòu)圖 Fig21 Plane of the spool seal structure 當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，彈簧 4 推動(dòng)頂桿 5 運(yùn)動(dòng)，頂桿 5 再推動(dòng)柱塞塊 6 運(yùn)動(dòng)，使柱塞塊與進(jìn)液套頂緊，從而形成密封面， 此時(shí)油液從 P 口進(jìn)入通過(guò)油路從 A 口流出。當(dāng)電磁鐵得電時(shí)，彈簧 7 推動(dòng)推動(dòng)柱塞 8 運(yùn)動(dòng)，柱塞推動(dòng)頂桿 9 運(yùn)動(dòng)，頂桿推動(dòng)柱塞塊，從而使其在柱塞塊在另一端形成密封。 10 此時(shí)油液從 P 口流入從 B 口流出。因柱塞塊與進(jìn)液套接觸均為平面。所以叫平面密封。平面密封具有摩擦力大， 切換動(dòng)作迅速、精確，并可微調(diào)，但密封性較差。它適用于壓力、溫度不高的場(chǎng)合 。 但是滑閥有一些問(wèn)題是亟待解決的，也因?yàn)橐韵略虼舜螞](méi)有選擇滑閥結(jié)構(gòu)。 1） 滑閥工作時(shí)， 液壓油中的污染顆粒隨泄漏油液～起進(jìn)入滑閥運(yùn)動(dòng)副間隙，其中某些顆粒會(huì)滯留在運(yùn)動(dòng)副間隙中。當(dāng)閥芯換向時(shí)， 在間隙中的枵染顆粒就會(huì)對(duì)閥芯產(chǎn)生附加的阻力，這就是枵染卡緊力。污染卡緊力的產(chǎn)生， 使得滑閥換向困難。大量事實(shí)表明，滑閥在使用過(guò)程中， 經(jīng)常發(fā)生污染卡緊現(xiàn)象。對(duì)于電磁換向閥而言， 足夠大的污染卡緊力會(huì)造成閥芯的完全卡死而使換向失效。對(duì)于比例閥來(lái)說(shuō)， 污染卡緊力改變了輸入電流與輸出參數(shù) (如流量、壓力等 )之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，使閥失去比例控制的作用。污染卡緊力對(duì)伺服閥的危害主要使伺服閥的滯環(huán)增大，使閥的伺服功能下降甚至喪失。另外，油液中的污染物不僅園淤積堵塞而產(chǎn)生污染卡緊力．同時(shí)也對(duì)滑閥運(yùn)動(dòng)副的配合表面產(chǎn)生磨損，使表面 粗糙度和間隙增大，泄漏量增大． 閥的工作性能下降。試驗(yàn)表明，固體顆粒的尺寸與滑閥運(yùn)動(dòng)副間隙的相對(duì)大小是影響槽閥污染卡緊與污染磨損的重要因索，即不同尺寸的顆粒對(duì)滑閥的危害程度是不同的，滑潤(rùn)總是對(duì)某一尺寸范圍的顆粒污染物最為敏感。 2） 一般滑閥的閥孔和閥芯之間有很小的縫隙，當(dāng)縫隙中有油液時(shí)，移動(dòng)閥心所需的力只須克服粘性摩擦力，數(shù)值應(yīng)該是相當(dāng)小的，可是實(shí)際情況并非如此，特別是中、高壓系統(tǒng)中，當(dāng)閥芯停止運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后 (一般的說(shuō)， 5分鐘以后 )，這個(gè)阻力可以大到幾百牛頓，使閥芯重新移動(dòng)十分費(fèi)勁，這就是所謂滑閥的液壓卡 緊現(xiàn)象。引起滑閥液壓卡現(xiàn)象的原因，有的是由于臟物進(jìn)人縫隙而使閥芯移動(dòng)困難，有的是由于縫隙過(guò)小，在油溫升高時(shí)閥芯膨脹而卡死，但是主要的原因是來(lái)自滑閥副幾何形狀誤差和同心度變化所引起的徑向不平衡液壓力。這種由于受到徑向不平衡液壓力將閥芯推壓在閥孔的某一側(cè)產(chǎn)生的摩擦阻力叫液壓卡緊力。如果閥芯和閥體都是完全精確的圓柱形，徑向間隙間無(wú)任何雜質(zhì)，徑向間隙處處相等，則在縫隙中的壓力按線性規(guī)律分布，不存在徑向不平衡向力的問(wèn)題。但是由于加工、安裝等原因造成的誤差，使得閥芯與閥體的徑向間隙不可能處處相等，因而徑向力也不可能按線 性規(guī)律分布。當(dāng)閥芯受到液壓卡緊力的作用而和閥孔相接觸后，縫隙中的存留液體被擠出，閥芯和閥孔間的摩擦變成半干摩擦及至干摩擦，因而使閥芯重新移動(dòng)時(shí)所需力就大大增加了。 11 錐面密封型 其結(jié)構(gòu)如下圖 行 程 0 . 4 圖 22 錐面密封的 閥芯 結(jié)構(gòu)圖 Fig22 Sealed spool cone structure 錐面密封閥與平面密封的工作原理類似。不同的是密封面為錐面密封。錐面密封閥具有密封性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 制造和維修比較方便。工作行程小，啟閉時(shí)間短。 但 流體阻力大，開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)所需力較大 ， 不適用于帶顆粒、粘度較大、易結(jié)焦的介質(zhì)。調(diào)節(jié)性能較差 。 以下是錐閥先階段存在的一些問(wèn)題，也是此次沒(méi)有選錐閥的的原因。 1） 氣穴的產(chǎn)生： 氣穴的產(chǎn)生會(huì)使閥的特性變壞 ,使液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲 ,使金屬表面氣蝕、損壞零件 ,縮短液壓元件和管道的壽命 。造成流量的壓力脈動(dòng) ,使系統(tǒng)剛性降低 ,以及油液變質(zhì)等等不良后果。因此認(rèn)識(shí)液壓閥中產(chǎn)生氣穴的狀況、氣穴與閥 12 口形狀的關(guān)系 ,以及液壓閥中氣穴產(chǎn)生的界限 ,以避免產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象是極其重要的事情。 2） 錐閥內(nèi) 的流體阻力比較大，開(kāi)啟和關(guān)閉需要的力較大，這就對(duì)材料的要求比較高，而且由于錐閥本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在一些方面明顯不如球閥好用。 球面密封型 其結(jié)構(gòu)如下圖 ： 圖 23 球面密封的 閥芯 結(jié)構(gòu)圖 Fig23 Spool sealed spherical structure 球面密封在原理上是和平面密封和錐面密封相似的，密封方式也和錐閥相似。只是把錐面換成了球面。 它的特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流很小，既符合本安型電源設(shè)備的電 流要求，還具備多個(gè)電磁閥可同時(shí)驅(qū)動(dòng)的功能，便于成組地順序移動(dòng)支架，一般功率要求要小于 ，為常規(guī)閥的二十分之一，是一種超小功率的電磁換向閥。它具有如下三個(gè)特點(diǎn)： 1）采用球閥結(jié)構(gòu)形式，閥內(nèi)設(shè)內(nèi)部流道，保證閥芯二端由油壓引起的壓力相互平衡，閥打開(kāi)時(shí)電磁鐵僅需克服彈簧反力，另外電磁鐵推力經(jīng)杠桿放大。上述兩種措施可降低閥開(kāi)啟時(shí)所需電磁鐵推力，便于迅速開(kāi)啟電磁閥。閥座采用不銹鋼材料淬硬，球采用高精度陶瓷材料，以防包括氣蝕在內(nèi)的各種腐蝕，提高電磁先導(dǎo)閥的工作壽命。 2）采用液壓平衡結(jié)構(gòu)無(wú)需克服采用干式電磁鐵結(jié)構(gòu)時(shí) 推桿處 O 形密封圈額外的摩 13 擦阻力，以充分利用電磁鐵的有限推力，提高電磁先導(dǎo)閥換向的可靠性。另外由于油液的潤(rùn)滑作用和阻尼作用，減緩了銜鐵對(duì)閥體的撞擊，動(dòng)作平穩(wěn)，噪聲小，并減少了運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦，大大延長(zhǎng)了電磁鐵的工作壽命。 3）電磁鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，用導(dǎo)磁率較高的電工純鐵組成封閉型導(dǎo)磁殼體作為整體支承，內(nèi)部線圈和殼體間間隙和接線盒內(nèi)采用膠封措施提高防爆安全性。磁路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，設(shè)計(jì)新穎，采用部分銜鐵在隔磁套內(nèi)動(dòng)作的新結(jié)構(gòu)。厚度較大的隔磁套既耐高壓（額定壓力可大至 32MPa），又能有效限制漏磁通產(chǎn)生的不利影響，提高 電磁鐵吸力。 同時(shí)它還具有一些滑閥和錐閥所沒(méi)有的 特 點(diǎn)。 1)無(wú)液壓卡緊現(xiàn)象，對(duì)油液污染不敏感，換向性能好。 2)密封為線密封，密封性能好，最高工作壓力可達(dá) 63MPa. 3)電磁吸力經(jīng)放大后傳給閥芯，推力大。 4)使用介質(zhì)的粘度范圍大，可以直接作用于高水基、乳化液。 5)球閥換向時(shí)，中間過(guò)渡位置三個(gè)油口互通，故不能像滑閥那樣具有多種中位機(jī)能。 6)因要保證左右閥座和閥座孔的同心，因此加工、裝備工藝難度較大，成本較高。 7)目前主要用在超高壓小流量的液壓系統(tǒng)或作為二通插裝閥的先導(dǎo)閥。 基于以上的原因，我此次選擇 球面密封的電磁先導(dǎo)閥作為我最后設(shè)計(jì)的方案。 14 第三章 先導(dǎo)閥的力學(xué)分析 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的計(jì)算 穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力是指閥開(kāi)口一定時(shí)（穩(wěn)定流動(dòng)時(shí) ）由于流經(jīng)閥腔和閥口的液流截面積及其方向的改變而引起液流速度的變 化，導(dǎo)致液流動(dòng)量的變化而產(chǎn)生的液動(dòng)力，它可以分解為軸向分力和徑向分力。由于閥體的油腔對(duì)稱的設(shè)置在閥體的周?chē)?，因此沿閥芯周?chē)膹较蛄ο嗷サ窒?，只考慮軸向液動(dòng)力。 穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力 因?yàn)??cosPQUFs ?? （ 31） 而 ppACQ xd ?? 2其中 Q為閥的流量， dC 為流量系數(shù)，取 。 xA 為油液通流截面積，xA =? dб , p? 為壓力差， d 為閥孔直徑。 U 為流液速度。б為閥芯開(kāi)口量。 ? 為閥口通流截面母線的半錐角， cos? =d/2R， R 為閥芯鋼球半徑。 油液的選擇：選 YB~N6 抗磨液壓油。 密度在常溫常壓下 0? =（ ~） ? 310 kg/ 3m ，取 0? =? 310 kg/ 3m 。 在壓力為 下根據(jù)質(zhì)量守恒定律， 00V? = V? 油液的壓縮率公式dpdVV1???得 333 30 / mKgPP ???? ???? ??? 式中： ? 為壓縮率，表示在壓力作用下油液的體積變化。 PdCQ d ???? ??? （ 32） ?? ?? 2vCV （ 33） 式中 pPUCv ??? 2,1 將該式代入 31式，得 15 ??dC QU d ? ???? dCPQP Q UFds c osc os 2????? 當(dāng)然穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力得表達(dá)式還可以寫(xiě)成 ??? c o PdCF ds ??? 1)產(chǎn)生最大穩(wěn)態(tài) 液動(dòng)力時(shí)得開(kāi)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） 最大穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力 maxsF ??? c o m a xm a x sFds pdCF ?? 673 ???????????? ??? ???? 負(fù)號(hào)表明穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力的方向是指向使閥口關(guān)閉的方向。 3） 最大開(kāi)口量處的穩(wěn)態(tài)軸向液動(dòng)力 39。sF m a x239。 c os?? ?? dC QF ds ?? （ 35） 16 ? ?3327 ????????????? ???? 無(wú)論是最大穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力還是最大開(kāi)口量處得穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力都十分小，可以忽略不計(jì)。 閥體各狀態(tài)下的力學(xué)分析 dd d12 3FcPFsFfOT球 閥 1球 閥 2 圖 31 整體受力圖示 Fig31 Picture shows the overall force （ 1） 當(dāng)電磁鐵未得電時(shí) 先取左邊陶瓷球做受力分析，陶瓷球處于靜止?fàn)顟B(tài)。 如下圖所示： 圖 32 左邊陶瓷球的受力分析 Fig32 The left side of the mechanical analysis of ceramic ball 17 陶瓷球所受合力為 0 在水平方向： 040c o s40c o s 21 ????? 頂壓 FFFFF s ?? （ 36） 在豎直方向 : 040s in40s in 21 ?? FF 即： 21 FF? 而根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，要是小陶瓷球能密封住，在水平方向除去 1F , 2F 作用的剩余的合力為 17N.即： NFFFs 17??? 頂壓 （ 37） 其中 : 1SF 是彈簧力 （量綱： N） 。 壓F 是由于液壓油壓力差在 S1 面上產(chǎn)生的作用力 （量綱： N） 。 頂F 是頂桿對(duì)陶瓷球的作用力 （量綱： N） 。 1F 是頂桿套對(duì)陶瓷球的上支撐力 （量綱： N） 。 2F 是頂桿套對(duì)陶瓷球的下支撐力 （量綱： N） 。 1SPPF ）（ 背壓 ?? （ 38） 其中 : P 是進(jìn)油口的壓強(qiáng)， 背P 是背壓 （量綱： MPa） S1 是壓強(qiáng)差作用的面積 （量綱： mm2 ） 。 而 S1的面積的確定如下圖： (指得是相切處的面積