一種新型二通式二維三通換向閥的研究

一種新型二通式二維三通換向閥的研究

采用采用二次水液壓換向閥滑閥結(jié)構(gòu)通常用于傳輸介質(zhì)中的礦物油，該結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)各種交換控制。但是由于水介質(zhì)具有黏度低、潤(rùn)滑性差、導(dǎo)電性強(qiáng)、汽化壓力高等特點(diǎn),采用滑閥結(jié)構(gòu)存在著泄漏大、抗污染能力差、閥芯容易卡死、控制邊易產(chǎn)生拉絲侵蝕等問題本研究提出一種適用于大流量系統(tǒng)的新型插裝式二位四通水液壓換向閥,旨在進(jìn)一步簡(jiǎn)化閥的結(jié)構(gòu),減輕其體積重量,改善同步性,提高工作的可靠性。以下簡(jiǎn)要介紹該閥的工作原理,并通過實(shí)驗(yàn)研究其靜動(dòng)態(tài)性能。1插裝閥單元的確定新型二位四通插裝閥工作原理圖見圖1。它主要由兩個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)相同的常開式插裝閥單元、兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的常閉式插裝閥單元、蓋板、主閥體和一個(gè)二位三通先導(dǎo)電磁球閥組成。其中兩個(gè)常開式插裝閥單元為卸荷開啟型,即當(dāng)控制腔接通先導(dǎo)閥的低壓水路,控制腔無控制壓力時(shí),插裝閥的主閥口開啟,當(dāng)控制腔接通先導(dǎo)閥的高壓水路,控制腔有控制壓力時(shí),插裝閥的主閥口關(guān)閉;兩個(gè)常閉式插裝閥單元為加壓開啟型,即當(dāng)控制腔接通先導(dǎo)閥的低壓油路,控制腔無控制壓力時(shí),插裝閥的主閥口關(guān)閉,當(dāng)控制腔接通先導(dǎo)閥的高壓水路,控制腔有控制壓力時(shí),插裝閥的主閥口開啟。這種結(jié)構(gòu)可避免二位四通滑閥在水壓傳動(dòng)中泄漏大,容易卡死,閥口腐蝕等問題,也可避免傳統(tǒng)插裝閥結(jié)構(gòu)必須用兩個(gè)二位三通先導(dǎo)電磁球閥造成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低、控制的同步精度引起的換向沖擊等問題2教學(xué)系統(tǒng)的建立按照?qǐng)D1的結(jié)構(gòu)和原理,設(shè)計(jì)制造了一個(gè)通徑為DN20的二位四通閥,并在浙大流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)重實(shí)驗(yàn)室的水液壓控制閥性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證換向閥的邏輯換向功能,測(cè)試閥的靜態(tài)流量壓降和泄漏量;通過動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)研究復(fù)位彈簧、先導(dǎo)阻尼、閥芯緩沖頭等因素對(duì)閥的動(dòng)態(tài)壓力的影響,為閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,用壓力表和壓力傳感器測(cè)量被測(cè)閥的P口、T口、A口、B口壓力。實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用兩個(gè)單向節(jié)流閥分別作為A口和B口的負(fù)載來調(diào)節(jié)工作壓力。通過變頻電機(jī)調(diào)節(jié)泵的輸出流量。3靜態(tài)性能實(shí)驗(yàn)3.1a口或b口壓降在無負(fù)載的情況下,逐漸增大通過換向閥的流量,測(cè)試閥口的壓差;對(duì)閥芯帶有緩沖頭和無緩沖頭的兩種閥口壓差進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比。由圖3可以看到,P口到A口或B口的壓力損失在110L/min的流量下壓降小于0.8MPa,若排除實(shí)驗(yàn)臺(tái)自身管路及閘閥等因素的影響,閥口壓降可控制在0.5MPa以內(nèi)。A口或B口與T口的壓降相對(duì)較大,主要原因是實(shí)驗(yàn)臺(tái)原有管路上裝有一個(gè)背壓閥不方便拆除,從而對(duì)測(cè)試結(jié)果造成一定影響。有緩沖頭時(shí)閥口壓降大于無緩沖頭的壓降,這是由于緩沖頭減小了閥芯的等效開口,導(dǎo)致閥口處的壓降增大。3.2泄漏量的計(jì)算實(shí)驗(yàn)壓力為9MPa,通過記錄泄水體積為0.25L時(shí)所需的時(shí)間,計(jì)算閥口泄漏量。由圖4可見,首次測(cè)試時(shí),常閉閥芯密封泄漏量明顯比常開閥芯大,經(jīng)過近兩個(gè)月時(shí)間磨合后兩者的泄漏量基本趨于一致,閥芯泄漏趨于減少。常閉閥芯密封面由于裝配時(shí)有劃傷,密封性能受到一定影響。4彈簧的先導(dǎo)閥阻尼由于影響閥的動(dòng)態(tài)性能因素較多,本研究主要研究復(fù)位彈簧的有無、先導(dǎo)閥阻尼大小對(duì)閥的動(dòng)態(tài)性能的影響。調(diào)節(jié)溢流閥使系統(tǒng)壓力為5.5MPa,泵的供水流量為30L/min,閥芯無緩沖頭。4.1閥芯期復(fù)位彈簧實(shí)驗(yàn)分三組:①插裝閥芯上均不裝復(fù)位彈簧;②插裝閥芯上全部裝復(fù)位彈簧;③常閉閥芯上裝復(fù)位彈簧,常開閥芯上不裝復(fù)位彈簧。復(fù)位彈簧剛度11.2N/mm。圖5為換向閥電磁鐵通電時(shí),所測(cè)得的閥口壓力。比較P、A、B口的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間可知:常閉閥芯帶復(fù)位彈簧的情況下,閥的響應(yīng)速度加快,動(dòng)態(tài)性能得到有效改善。4.2閥口壓力設(shè)計(jì)通過實(shí)驗(yàn)研究先導(dǎo)閥P口、T口有無阻尼孔以及阻尼孔大小對(duì)主閥口壓力的影響。實(shí)驗(yàn)總共分8組,為使圖面清晰,分三大組進(jìn)行曲線對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。圖6為換向閥電磁鐵失電時(shí),所測(cè)得的閥口壓力。對(duì)比圖6a、圖6b、圖6c可知,阻尼孔較小(2mm、-2.5mm)時(shí),P口壓力超調(diào)率較大;當(dāng)阻尼孔為3mm時(shí)P口、A口壓力的超調(diào)率較小,并能較快的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。而隨著阻尼孔逐漸增大(3.5mm、-4.5mm),由圖6e、圖6d可知,P口、A口換向壓力振蕩程度加劇。綜合以上分析,在本實(shí)驗(yàn)條件下,先導(dǎo)閥P、T口阻尼孔直徑為3mm時(shí),閥的動(dòng)態(tài)性能最好。從圖6a、圖6b、圖6d圖可見,當(dāng)換向閥電磁鐵失電,P口與A口接通的瞬間,P口壓力有較大下降,幾乎接近于0。因此,要獲得平穩(wěn)的換向過程,閥芯結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。5閥口壓差(1)所設(shè)計(jì)的插