液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向器性能計(jì)算

第二章性能計(jì)算轉(zhuǎn)閥式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器性能的計(jì)算與分析主要是針對(duì)轉(zhuǎn)向手力特性和轉(zhuǎn)向靈敏度特性，二者曲線完全相似，只是單位不同。輸出量P都以工作油壓表示，輸入量可分別用轉(zhuǎn)向手力矩M和轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角屮表示，一般來說認(rèn)為M正比于屮,所以兩個(gè)曲線才近似。一般以轉(zhuǎn)向靈敏度進(jìn)行分析更方便一些。我們知道不轉(zhuǎn)向時(shí)，液壓油從閥體和閥芯的棱邊（刃口）之間的間隙流過，這時(shí)各油口均相通。該間隙又稱預(yù)開隙，其值大小直接影響過流面積，而過流面積隨閥芯相對(duì)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)逐漸變化，直到一側(cè)間隙全開，過流面積增至最大，一側(cè)全閉過流面積減至最小，直到零，這就是閥開閉的全過程，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。在這個(gè)過程中，閥槽兩側(cè)節(jié)流阻力一直在變化。這一段初期轉(zhuǎn)動(dòng)過程影響了轉(zhuǎn)閥特性中最初的A區(qū)即小角度轉(zhuǎn)向區(qū)特性的變化。這段間隙的大小一般控制在轉(zhuǎn)向軸相對(duì)閥套轉(zhuǎn)角2°?3°的范圍內(nèi)。太大要影響到轉(zhuǎn)向盤自由行程，對(duì)轉(zhuǎn)向操縱是不利的。而轉(zhuǎn)閥的最大轉(zhuǎn)角即轉(zhuǎn)向限位裝置限定的角度，一般控制在單向6°?8°范圍內(nèi)。閥口的設(shè)計(jì)應(yīng)使閥口全關(guān)閉位置在其最大轉(zhuǎn)角的80%?90%范圍里最佳。轉(zhuǎn)閥在閥芯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，工作油壓將隨著預(yù)開隙的減少逐漸升高，閥刃口的突然閉合會(huì)導(dǎo)致油壓的突然升高，在特性曲線上油壓升高將產(chǎn)生一個(gè)拐點(diǎn)，這對(duì)轉(zhuǎn)向操作不利。一般要求在特性曲線上不出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)，要求特性曲線平緩圓滑地變化。要做到這一點(diǎn)就必須改變問刃口的結(jié)構(gòu)，從而改變閥刃口關(guān)閉時(shí)過流面積變化速度，使其逐漸減少，實(shí)現(xiàn)壓力變化的理想控制。通用的方法是在刃口上加工一個(gè)長(zhǎng)坡口或短切口，當(dāng)然也有其它一些方法。下面就簡(jiǎn)單閥口、加工長(zhǎng)坡口、加工短切口三種方法對(duì)轉(zhuǎn)向特性的影響進(jìn)行分析。

1,簡(jiǎn)單閥口的轉(zhuǎn)閥(圖2.1)設(shè)定閥芯半徑為R,預(yù)開隙寬度為A1軸向長(zhǎng)度為w2假設(shè)：①轉(zhuǎn)向器無內(nèi)泄漏；圖2.1簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)閥刃口示意圖無加工誤差；不計(jì)沿途壓力損失；轉(zhuǎn)向器活塞不動(dòng)；不計(jì)轉(zhuǎn)向手力。由于常流式轉(zhuǎn)向器工作油流量是恒定的，所以經(jīng)過每個(gè)閥的流量為QE=Q/N (2.1)式中：QE 經(jīng)過每個(gè)閥的流量，mm3/S;Q 過轉(zhuǎn)向器控制閥的總流量，mm3/S;N——閥槽數(shù)。由圖3.1可看出閥口實(shí)際為長(zhǎng)方形薄壁孔，其流量公式為:QE=nb2w2p/ (2.2)式中：b 孔口瞬間寬度(b<<w2,mmw2 孔口軸向長(zhǎng)度，mn。；p——工作油壓，MPa；M――液壓油絕對(duì)粘度Pa?s。P=YP式中：Y 運(yùn)動(dòng)粘度，30D液壓油為3Omm2/sP——液體密度，30D液壓油為900kg/mm2所以：p=0.027Pa?S。孔口瞬間寬度bb=A2-nR屮/180 （2.3）其中：屮一為閥芯與閥體瞬間相對(duì)轉(zhuǎn)角.㈡一11-ft-4?圖2.2屮-P關(guān)系曲線-一簡(jiǎn)單刃口轉(zhuǎn)閥靈敏度特性相對(duì)轉(zhuǎn)角為卽=0?a1）將公式（2.3）代人公式（2.2），得屮-P關(guān)系方程：P=3pQE/nb2w2=3pQE/tNw2（A-tR屮 /180）2（2.4根據(jù)式（3.0可以得“p-P關(guān)系曲線，見圖3.2。2.加工長(zhǎng)坡口的轉(zhuǎn)閥如圖2。3所示，加工成長(zhǎng)坡口式。該被口可是圓弧面，亦可是斜面，由工藝條件確定。其特點(diǎn)是寬度W至少為閥有效軸向長(zhǎng)度w2的80%?90%。閥芯半徑為R,預(yù)開間隙寬度為A2,軸向有效長(zhǎng)度為w2,在閥芯的刃口上加工有半徑為R2,寬度為A1軸向長(zhǎng)度為W的圓弧形或平面坡口，其深度V0.7mm,當(dāng)預(yù)開間隙關(guān)閉后，液壓油從坡口形成的隙縫中通過，且隨著轉(zhuǎn)角增大，隙縫逐漸變窄。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)過流面積的控制，從而控制油壓。坡口在圓周方向的寬度A1由轉(zhuǎn)間工作行程決定。Al+A2V90%工作行程。軸向長(zhǎng)度W是可變的，如何確定W的值，需由下列計(jì)算和分析來研究。預(yù)開間隙閉合前后過流面積的計(jì)算方法不同，下面分別計(jì)算。(1)預(yù)開間隙閉合前，即屮=0?a1時(shí)(見圖2.3)。圖2.3長(zhǎng)坡口轉(zhuǎn)閥刃口圖由于加工成長(zhǎng)波口的轉(zhuǎn)閥刃口，其坡口深度較淺，所以可以認(rèn)為主要是預(yù)開間隙形成的薄壁孔閥口對(duì)流量的變化起作用。其閥口長(zhǎng)度為W2，瞬間寬度為b。b=A2-nR屮/180 0p=0?a1) (2.5)將其代人(2.3)式得：P=3pQE/tw2(A2nR屮/180)2=3pQ/nNw2(A—tR屮 /180)2Op=0?a1) (2.6)預(yù)開間隙A2閉合后，閥刃口全部閉合前，即(滬a2-a)1時(shí)，參見圖2.4,此時(shí)只有坡口段節(jié)流。根據(jù)余弦定理：(R2+b)2=L22+R2-2L2RCOS(ip+B)。b=L22+R2-2L2RCOSOp+B))1/2-R2(滬aAa1) (2.7)將式(2.7)代入式(2.3)得：P=32Q/nNw2[(L2+R2-2L2RCOS(ip+P))l/2-R2](滬ai?a1) (2.8)由式(2.6)和式(2.8)可得出轉(zhuǎn)閥在單方向的靈敏度(<p-P)曲線。圖2.5是按下列參數(shù)計(jì)算的靈敏度曲線，是長(zhǎng)波口型，軸向長(zhǎng)度為W不同值的一組曲線。計(jì)算參數(shù)為：Q=0.2X106mm3/sA=27X10-3Pa?SW2=18mmAl=0.6mmA2=0.5mmD=22.5mmN=4W=4>6、&1(、1Z165(MPnF圖2.5加工長(zhǎng)破口的轉(zhuǎn)閥靈敏度曲線族由圖2.5可以看出，每條曲線都由兩段曲線構(gòu)成且有一折點(diǎn)。實(shí)際上，由于內(nèi)泄漏及加工誤差所致，曲線是平滑過渡的，所以作圖時(shí)可以按兩曲線的公切線過渡，如圖2.5中虛線所示試驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了這一點(diǎn)。在不同W值的長(zhǎng)坡口修正的閥中，中等長(zhǎng)度可=8?12mm的閥口更接近于理想曲線；在不同W值的短切口修正的閥中，中等長(zhǎng)度可=5?6mm的閥口更接近于理想曲線。從工藝角度出發(fā)，采用短切口修正刃口加工工藝更簡(jiǎn)單易行，在這點(diǎn)上短切口修正型刃口優(yōu)于長(zhǎng)坡口修正型刃口。(5)通過選擇長(zhǎng)坡口或短切口修正刃口的形狀，選擇扭桿的直徑，就