液壓沖擊機構(gòu)配流閥的設(shè)計

液壓沖擊機構(gòu)配流閥的設(shè)計液壓沖擊機構(gòu)配流閥有多種結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)其配流系統(tǒng)工作原理的不同，一般可分為行程反饋配流、壓力反饋配流和電液控制強制配流二種配流方式。輕型獨立回轉(zhuǎn)液壓開口機沖擊機構(gòu)采用行程反饋配流方式。這類沖擊機構(gòu)實際上是一種具有行程反饋的閥控活塞隨動系統(tǒng)，它工作時，配流閥從缸體反饋信號孔獲得高壓油推動閥芯換向，以實現(xiàn)油路的切換，活塞則隨供油規(guī)律的改變作周期性回程、沖程變速運動。具體地說，閥芯的運動是通過活塞在缸體內(nèi)的行程反饋信號來控制的，從而實現(xiàn)了配流閥控活塞系統(tǒng)中閥與活塞的互動控制。1?1配流閥設(shè)計的基本要求配流閥是液壓沖擊機構(gòu)的重要組成部分，它對活塞的控制屬于開關(guān)型控制，閥芯的運動速度和運動時間直接決定著活塞的運動頻率，因此，必須保證閥芯運動的快速性。配流閥閥芯質(zhì)量越小、推閥面積越大、運動行程越小，則閥的運動頻率越高。但增加推閥面積，必然會增加配流閥的耗油量，雖然閥芯運動所消耗的壓力油對于液壓沖擊機構(gòu)的工作是必不可少的，但對液壓沖擊機構(gòu)的輸出功來說卻是一種能量損失，所以增加推閥面積會降低沖擊機構(gòu)的效率。閥芯的運動行程越小，則閥的開口量就越小，油液流經(jīng)閥口時的壓力損失越人，可見閥芯的運動行程也不能太小。所以，在設(shè)計配流閥時，必須在保證閥芯動作快速、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，使配流閥的能量損失最小。具體設(shè)計時應(yīng)遵循以下原則：1） 閥芯兩端受力應(yīng)始終處于不平衡狀態(tài)，以保證閥芯穩(wěn)定在沖程或回程的配油位置；2） 在保證閥口全流量時不致有過大阻力的情況下，行程盡可能短些，重量盡可能輕些，以減少耗油量和提高換向速度；3） 要保證最小封油長度和進入緩沖油墊的長度；4） 保證閥芯兩端推閥面積滿足參數(shù)計算的要求。1.2配流閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計目前國內(nèi)外有閥型液壓開口機沖擊機構(gòu)的配流閥主要有芯閥、套閥二種形式，其中以三通閥和四通閥居多。本文研究的液壓沖擊機構(gòu)配流閥為四通滑閥結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示［13］：通往活塞腔圖4-4配流閥結(jié)構(gòu)示意圖配流閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)有閥芯運動行程S、開口處閥芯直徑d、推閥腔油壓作v v用面積A和定位腔油壓作用面積A、d的確定，主要受結(jié)構(gòu)尺寸的限制，從油t d v液流經(jīng)閥口的壓降越小越好出發(fā)，考慮到閥芯行程受換向時間與耗油量的限制不能大，則閥芯直徑越大越好。按這一原則再根據(jù)沖擊機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)確定合理的閥芯直徑d。然后可根據(jù)沖擊機構(gòu)的最大瞬時流量確定閥的最大開口量以及油v路、油槽尺寸。根據(jù)最大開口量和密封長度可初步確定閥芯行程S。為了確定v推閥腔和定位腔的油壓作用面積，可先根據(jù)已初步確定的參數(shù)估算閥芯質(zhì)量，然后根據(jù)沖擊機構(gòu)換向時間的要求，采用理想線性模型進行計算。1.3配流閥行程的設(shè)計計算（1）配油閥的能量損失分析口2，16〕配油閥部分由閥芯和閥體組成。在一個工作周期內(nèi)，閥芯往返運動各一次，以改變沖擊機構(gòu)前后腔的油流狀態(tài)。配油閥在左位和右位停頓時消耗的能量可分為如下三部分：a）泄漏損失

根據(jù)流體力學(xué)可知，環(huán)形縫隙上由于泄漏引起的功率損失為:冗dAp253(4-19)N= (1+1.5e2(4-19)x12卩l(xiāng)式中：Ap環(huán)形縫隙兩側(cè)的壓力差，Pa卩油液的動力粘度，Pa.s；l封油長度，m；d圭寸油段公稱直徑，m；5環(huán)形縫隙的間隙，m；￡相對偏心比。由于配油閥為對稱結(jié)構(gòu)，所以閥芯在左位與在右位時的泄漏流量是相同的。由流體力學(xué)可得閥芯在右位時的泄漏功率損失：冗dAp253 冗dAp253N= 6 1L(1+1.5￡2)+ 5 1L(1+1.5￡2)v1 12卩l(xiāng) 6 12卩l(xiāng) 56 5冗dAp冗dAp253+v1 —12卩l(xiāng)v(1+1.5￡2)+v冗dAp253v■—2v~12卩l(xiāng)v(1+1.5￡2)v(4-20)式中:l==l--S63vl==l--S54vl==S—Av vAp=p-Ap -pv 0Ap =p-p20閥芯運動行程可表示為:式中:y—負開口量，m。則在一個工作周期內(nèi)，配流閥因泄漏造成的能量損失為:冗dAp252 冗dAp253E=[ 6 1 6 (1+1.552)+ 5T5 (1+1.552)TOC\o"1-5"\h\zv1 12卩(l—S) 6 12卩(l—S) 53 v 4 v(4-21)冗d53+ …——(1+1.5￡2)(AP2+AP2)](4-21)6卩(S+y) v1 2v閥口壓力損失

無論閥芯處于左位還是右位，在閥的進油開口處總有高壓油流過。油流經(jīng)閥口的壓力損失為:PQ2v(4-22)2C2冗2d2A(4-22)d v式中：P—油液密度,kg/m3；C—流量系數(shù);dQ—流量，m3/s。v若不考慮泄漏的影響，則當(dāng)活塞回程加速時，閥芯處于左位，流經(jīng)閥口的流量為：Q=A文TOC\o"1-5"\h\zv 1p當(dāng)活塞回程制動時，閥芯處于右位，流經(jīng)閥口的流量為:Q=A|文v 2p當(dāng)活塞沖程加速時，閥芯處于右位，流經(jīng)閥口的流量為:Q=AXTv 2p則高壓油流經(jīng)閥口的能量損失為：v2C2v2C2兀2d2(S(J'A3X2 pttr1(4-23)整理得:A3V4v2 2A3V4v2 2C2兀2d2(S1——rar1+-y)2A3V42rmA3V4

+ 2m)(4-24)c）閥芯運動油耗損失閥芯運動是由高壓油來推動的。閥芯運動所消耗的壓力油對于液壓開口機的正常工作是必不可少的，但對開口機的輸出能來說，卻是一種能量損失。在活塞的一個運動周期內(nèi)，閥芯左右各換向一次所消耗的壓力油體積為：(4-25)V=2(A+A)S(4-25)uv 5 6v式中:兀A= (d2一d2)545 6

兀A=d2TOC\o"1-5"\h\z6 4 6因此，在一個沖擊周期內(nèi)，閥芯運動所消耗的能量為:兀E=d2Spkv3 2 5v式中:k—考慮閥芯運動阻力而引入的系數(shù)。綜上所述，在一個沖擊周期內(nèi)，配油閥的能量損失為：E=E+E+Ev v1 v2 v3上式中，e、E、E分別由(4-21),(4-24)和(4-26)式?jīng)Q定。v1 v2 v3(2)運動行程的計算將(4-21),(4-24)和(4-26)式代入式(4-27)并令性=o，可得:dSvTOC\o"1-5"\h\z\C C C〕 Bkpd2+T<i + 2 3 \- =0v 〔(l-S)2(l-S)2(S-y)2J(S-y)33 v 4 v v r(4-26)(4-27)(4-28)式中：C=dAp283(1+1.5￡2)/6(4-26)(4-27)(4-28)16166C=dAp283(1+1.5￡2)/6卩2 5 15 5C=d83(1+1.5￡2)(Ap2+Ap2)/3卩A3V4一rmA3V4一rm+ar1A3V4■2 rm—一+A3V4—2 m_)解方程式，可以求得使配油閥能量損失最小的閥芯運動行程。由流體力學(xué)可求得配油閥的穩(wěn)態(tài)液動力為:r2廠4pCcos0(Q2+Q)F=v vv(4-29)C兀d(S一y)(4-29)dvv式中:Q'一通過配油閥回油口的流量，m3/s

vC—流速系數(shù)v0—閥口處的液流角。由圖4-3，配油閥在沖程換向前以及回程換向前的瞬間，兩端推閥腔的壓力

均等于回油壓力，所以，此時閥芯所受的液壓力為:(4-30)F=(p一p)A一(4-30)v 0 5由此可知，若使閥芯定位穩(wěn)定，必須使:(P-P。)A5-F>0 (4-31)將安全系數(shù)g引入式(4-32)，并將沖程和回程時進油口和回油口的最大流量代入，可得下面兩個方程：(P一P0)A5(P一P0)A(P一P0)A5(P一P0)A5一v 1m 2m(4-32)(4-33)C冗d(S—y)(4-32)(4-33)4gpCcos9(A2v2+A2v2)v 1rm 2rmC冗d(S—y)2

dry很顯然，由(4-28)、(4-3