CN101694378A

CN101694378A - 喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙的一种间接测量方法

Info

Publication number: CN101694378A
Application number: CN200910197384A
Authority: CN
Inventors: 訚耀保; 孟伟
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: CN101694378B

Abstract

喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙的一种间接测量方法，通过测量喷嘴挡板伺服阀的静态压力特性，得知喷嘴与挡板装配的初始间距、喷嘴挡板阀挡板的偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞状况。当输入电信号使挡板偏转到达最大位移时，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值可判断喷嘴与挡板的初始安装间距是否偏离设计准则规定的量；输入电信号使挡板偏转一定值，通过负载口压力比值可判断挡板偏离中位的偏移量；输入电信号使挡板偏转到达最大位移，用负载口压力比值可判断喷嘴的堵塞系数，得知喷嘴堵塞孔的面积，从而确定堵塞程度并采取维修及故障防御措施。本发明提高了喷嘴挡板阀制造过程中检测及故障分析的效率和经济性。

Description

喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙的一种间接测量方法

技术领域

本发明属于飞行器液压系统、液压伺服机构、燃气舵机、船舰舵机、机械工程的机械零件与传动装置和流体控制技术领域，具体涉及一种喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板的间接测量方法。通过非接触式的间接测量方法，测量喷嘴和挡板的准确几何位置，从而得知喷嘴挡板伺服阀的内部装配情况及其特性分析方法。

背景技术

液压伺服控制理论起源于第二次世界大战前后导弹与火箭的姿态控制。电液伺服阀、喷嘴挡板阀和电液伺服机构是电液伺服系统、气动舵机以及船舰舵机的重要元件，电液伺服阀以及喷嘴挡板阀的性能直接影响飞行器和船舰控制系统的性能。1950年前后美国人W.C.Moog Jr首先开发了航空航天用电液伺服阀。1950年代起，电液伺服控制技术在航空、航天、船舶、冶金和汽车等行业中得到了广泛的应用。电磁阀、比例阀、伺服阀相继问世。电液伺服技术发展至今为止已经广泛应用于各种工业产品中，包括航空航天飞行器的姿态控制大多采用了液压伺服机构。随着宇航及国防军工产品的发展需要，伺服控制系统的要求越来越高。喷嘴挡板阀作为伺服控制系统的一个重要元件，其性能要求高，技术难度大。喷嘴挡板伺服阀的制造精度要求高，内部配合间隙及其要求高，准确地测量喷嘴挡板阀的挡板装配后的配合几何尺寸，保证精确的装配尺寸精度要求，实现产品的高精度和高速度响应特性，都是喷嘴挡板阀制造、装配和使用过程中必须解决的关键问题之一。

喷嘴挡板伺服阀尺寸小且结构复杂，其装配尺寸难于进行直接测量和控制。目前主要采用读数显微镜等工具对各个零件尺寸进行精密测量，然后通过配合偶件的零件单配，保证配合尺寸要求。这种方法的测量周期长，零部件管理过程复杂，检测费用昂贵且装配误差存在严重的不确定性。此外，喷嘴容腔是否堵塞以及堵塞状况如何，目前工程上均未有切实可行的检测方法。例如，电液伺服阀发生非对称压力特性故障时，究竟是由于喷嘴装配尺寸不对称引起的还是由于喷嘴容腔发生堵塞引起的，有各种可能性，即使判断认为喷嘴发生堵塞后也难以知道堵塞物的大小，从而很难找到电液伺服阀或喷嘴挡板阀喷嘴容腔堵塞的真实原因，严重阻碍了喷嘴挡板伺服阀的应用。随着飞行器和船舰舵机系统对高性能喷嘴挡板伺服阀的特殊需求，越来越需要一种新的、高效率的喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙及其堵塞情况的有效测量方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙及其堵塞情况的间接测量方法，通过测量喷嘴挡板伺服阀的静态压力特性，从而得知喷嘴与挡板的安装位置及其装配间距、喷嘴挡板伺服阀的挡板偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞的状况等内部结构的几何装配情况，解决直接测量的难实现性和高成本以及性能不确定的问题，实现高性能喷嘴挡板伺服阀的制造和装配过程中的有效检测。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

通过测量喷嘴挡板阀的静态压力特性的间接方法，从而得知喷嘴与挡板的安装位置及安装间距、喷嘴挡板阀挡板的偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞状况。

所述的间接测量方法是在喷嘴挡板阀非拆卸的完整条件下完成检测过程，且检测过程对产品无任何损伤，没有再次装配引起的装配误差。

所述的静态压力特性是在不同的初始安装间隙条件下、喷嘴挡板阀的两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线以及负载压力比和堵塞系数曲线。通过检测台进行试验可以取得喷嘴挡板阀的静态压力特性。

所述的检测台具有恒压油源且对被检测喷嘴挡板阀进油口进行供油，该喷嘴挡板阀的两个负载口堵死且分别独立连接两个油液压力表或压力传感器；所述的检测台还具有挡板偏移发生装置，从而驱动挡板产生一定偏移且纪录偏移量的数值。

所述的喷嘴挡板阀的间接测量方法是通过静态压力特性曲线进行间接测量的方法，即：输入电信号使挡板向某一方向偏转，当输入电信号后某一负载口的压力达到最小时，认为此时挡板向该方向的偏转量达到最大值；输入电信号使挡板向另一方向偏转，当输入电信号后上述同一负载口的压力达到最大时，认为此时挡板朝另一方向的偏转量达到最大值；任意输入电信号使挡板向某一方向偏转，某一负载口的压力值和输入信号成一一对应关系，可以从负载口的压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值即可间接得出挡板在两喷嘴之间所处的相对位置。当输入电信号为初始信号时，可得出喷嘴和挡板安装的初始相对位置；如果挡板的初始安装位置没有处于两个喷嘴的中立位置，可以采取措施使挡板最终安装在两个喷嘴的中间位置。

所述的喷嘴挡板阀的间接测量方法是通过静态压力特性曲线进行间接测量符合设计规范的喷嘴挡板阀的喷嘴是否堵塞以及堵塞情况。喷嘴的直径很小，装配后很难直接测量流体流动过程中喷嘴的直径及其堵塞情况。为此，测量挡板全开时负载口的压力值，利用该压力值与供油压力的比值从而得到喷嘴的堵塞系数值，即供油口固定节流器的理论面积与堵塞后某处的面积之比(C_dfA₀/C_dbA_b)。未堵塞时，流动过程中任意断面的面积比固定节流器的理论面积大得多，堵塞系数值为零；发生堵塞时，固定节流器的理论面积和堵塞处的断面面积之比，可以通过挡板阀全开时的负载口压力值间接取得，即通过堵塞系数值间接取得喷嘴堵塞孔的面积，由该面积大小预测堵塞物大小从而采取维修及故障防止措施。也可通过测量零位压力值，并通过零位压力值的大小间接判断具有均等对称布局的喷嘴挡板阀的喷嘴是否堵塞以及堵塞程度。对于均等对称布局的喷嘴挡板阀，在喷嘴无堵塞的情况下，零位时所测量的两个负载腔的零位工作压力均为供油压力的1/2，即p1＝1/2ps，p2＝1/2ps；在喷嘴完全堵塞的情况下，零位时所测量的两个负载腔的零位工作压力均等于供油压力，即p1＝ps，p2＝ps；在喷嘴发生局部堵塞情况下，零位时所测量的两个负载腔的压力应在以下范围，即

且可通过所测量的压力值p1和p2的大小判断堵塞的严重程度，得知喷嘴堵塞孔的面积，由该面积大小预测堵塞物大小从而采取维修及故障防止措施。

进一步，可将上述方法集成并用于喷嘴挡板阀的喷嘴与挡板距离以及喷嘴是否堵塞以及堵塞情况的间接测量系统。通过该方法判断喷嘴挡板阀的喷嘴与挡板距离；喷嘴是否堵塞；堵塞情况等。

通过本发明的方法，在测量喷嘴挡板阀的压力静态特性图后，根据图上的压力值分别判读喷嘴与挡板装配的初始间距、喷嘴挡板阀挡板的偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞的状况。

由于采用了上述方法，本发明具有以下特点：通过测量喷嘴挡板阀的静态压力特性从而间接测量喷嘴与挡板装配的初始间距、喷嘴挡板阀挡板的偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞的状况，该方法中喷嘴挡板阀的基本特性和内部结构的配合量之间的对应关系明确，解决了直接测量时高成本且性能不确定的问题，大大地提高了喷嘴挡板阀制造与装配过程的测量效率和经济性，同时为喷嘴挡板阀和电液伺服阀的维修和采取故障防止措施提供了有效的定量分析途径。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。

图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。

图3是本发明的一种实施例的初始对称装配间距为标准值时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。

图4是本发明的一种实施例的初始装配间距为标准值的0.5倍时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。

图5是本发明的一种实施例的初始装配间距为标准值的2倍时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。

图6是本发明的一种实施例的初始对称装配间距为标准值时的喷嘴挡板阀全开时的负载口压力比和堵塞系数之间的关系的特性曲线图。

图7是本发明的一种实施例的初始对称装配间距为标准值时的喷嘴挡板阀零位时的负载口压力比和堵塞系数之间的关系的特性曲线图。

图中标号：1为与喷嘴3相连接的负载口，2为负载口A的测压压力表，3为喷嘴，4为喷嘴，5为与喷嘴4相连接的负载口，6为负载口B的测压压力表，7为与喷嘴4相连接的固定节流器，8为挡板，9为转轴，10为供油压力表，11为供油口，12为与喷嘴3相连接的固定节流器，13为滤油器，14为液压泵，15为单向阀，16为滤油器，17为供油口压力表，18为喷嘴挡板阀伺服放大器的电压信号，19为负载口B的压力表P₁，20为负载口A的压力表P₂，21为溢流阀。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种实施例的主要部分的示意图。如图所示，挡板8接受控制信号后绕转轴9发生偏转，喷嘴3和喷嘴4与挡板8之间形成的控制节流口面积发生变化，节流口大小由挡板偏转值确定，负载口1和负载口5分别与喷嘴3和喷嘴4相连接，恒压液压油源ps通过供油口11分别经过固定节流器7和固定节流器12向喷嘴3和喷嘴4以及负载口1和负载口5供油。当挡板8发生偏移时，喷嘴3和喷嘴4与挡板8之间的距离发生变化，喷嘴3和喷嘴4所对应的负载腔的压力p1和压力p2均发生变化，其压力变化值与挡板8的偏移量成一一对应的关系，可以通过测量负载腔的压力值p1和压力值p2，推算出挡板的偏移量，即挡板8在两个喷嘴3和喷嘴4之间所处的几何位置。同时，当喷嘴3和喷嘴4分别与挡板8在不同初始安装间隙时，负载腔压力p1和压力p2不同，且喷嘴与挡板的不同初始安装间隙与负载腔压力成一一对应的关系。喷嘴和挡板的间距为标准间距时，负载口的零位压力为p1＝p2＝0.5ps；喷嘴挡板全开时的负载口压力为0.2ps。当固定节流器7、喷嘴4以及负载口5之间发生堵塞时，负载口的零位压力为p1＝p2＞0.5ps；喷嘴挡板全开时的负载口压力大于0.2ps，且通过测量得到的该压力值可以换算出堵塞处的截面的面积大小。同样，当固定节流器12、喷嘴3以及负载口1之间发生堵塞时，负载口的零位压力为p1＝p2＞0.5ps；喷嘴挡板全开时的负载口压力大于0.2ps，且通过测量得到的该压力值可以换算出堵塞处的截面的面积大小，从而定量地判断喷嘴是否堵塞以及堵塞的情况。

图2是本发明的一种实施例的检测台部分的示意图。如图所示，由液压泵14产生液压油源，经过单向阀15和过滤器16以及供油口压力表17直接向被测喷嘴挡板阀供给液压油。其中，溢流阀21起定压作用，维持液压泵14的出口压力恒定，为被测喷嘴挡板阀提供稳定的输入压力；过滤器13和过滤器15起净化液压油的作用。喷嘴挡板阀接受外部电源和伺服放大器18产生的电信号指令，喷嘴挡板阀内部的力马达工作，从而向负载口A和B供给一定压力的液压油液。压力表19和压力表20分别检测喷嘴挡板阀的两个负载口堵死时的压力值。

图3是本发明的一种实施例的初始对称装配时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。本实施例中，输入电信号使挡板8偏转，测量负载口压力表读数p1和p2，通过压力值p1和p2与供油压力ps的比值(p1/ps和p2/ps)，由图3可以查得在该压力比值(p1/ps和p2/ps)时的挡板偏移量比(xf/xf0)，从而得知当在两个喷嘴之间的相对位置。例如，若测得Pa和Pb分别为0.3和0.8可查图3的挡板的偏移量为X_f＝0.5X_f0。输入电信号使挡板向某一方向偏转，当输入电信号后某一负载口的压力达到最小时，认为此时挡板向该方向的偏转量达到最大值；输入电信号使挡板向另一方向偏转，当输入电信号后上述同一负载口的压力达到最大时，认为此时挡板朝另一方向的偏转量达到最大值；任意输入电信号使挡板向某一方向偏转，某一负载口的压力值和输入信号成一一对应关系，可以从负载口的压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值即可间接得出挡板在两喷嘴之间所处的相对位置。当输入电信号为初始信号时，可得出喷嘴和挡板安装的初始相对位置；如果挡板的初始安装位置没有处于两个喷嘴的中立位置，可以采取措施使挡板最终处于两个喷嘴的中间位置。

图4是本发明的一种实施例的初始安装喷嘴挡板间隙(x_f0′)与设计准则规定值(x_f0)之比为0.5时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。图中x_f0′为喷嘴与挡板的初始安装间距；x_f0由设计准则确定的初始喷嘴挡板间距，即x_f0＝C_d0A₀/C_dfπD_N，其中，C_d0为固定节流器7、12的节流系数，A₀为固定节流器7、12的节流面积，C_df为喷嘴挡板节流孔的节流系数，D_N为喷嘴直径。本实施例中，输入电信号使挡板8偏转到达最大位移(最大位移的确定方法为输入电信号直到负载口压力最小且不再变化)，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值查图3即可得到该喷嘴与挡板的初始安装间距是否偏离设计准则规定的量，从而采取措施使安装达到最佳。例如，从负载压力表读得最小压力值后，如该压力值与供油压力的比值为0.5，查图3可知喷嘴与挡板的初始安装间距只有设计准则规定的0.5倍，故需把喷嘴和挡板的安装间距增加。

图5是本发明的一种实施例的初始安装喷挡间隙(x_f0′)与设计准则规定值(x_f0)之比为2时的喷嘴挡板阀两个负载口压力比和挡板偏移量比之间的关系的特性曲线图。本实施例中，输入电信号使挡板8偏转到达最大位移(最大位移的确定方法为输入电信号直到负载口压力最小且不再变化)，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值查图5即可得该喷嘴与挡板的初始安装间距偏离准则规定的量，从而采取措施使安装达到最佳。例如，从负载压力表读得最小压力值后，如该压力值与供油压力的比值为2，由图5可知喷嘴与挡板的初始安装间距为设计准则规定的2倍，故需把喷嘴和挡板的安装间距减小。

图6是本发明的一种实施例的满足设计准则条件下负载压力比-堵塞系数曲线图。图中k_b为堵塞系数。本实施例中，输入电信号使挡板8偏转到达最大位移(最大位移的确定方法为输入电信号直到负载口压力最小且不再变化)，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值查图6即可得该喷嘴的堵塞系数，若查得堵塞系数接近或等于0则说明喷嘴并为堵塞，否则通过查得的堵塞系数就可知喷嘴堵塞孔的面积，根据该面积预测堵塞物从而采取维修及故障防御措施。例如，从负载压力表读得最小压力值后，如该压力值与供油压力的比值为0.65，查图7可知喷嘴的堵塞系数为1.5；以某电液伺服阀的结构为例则可知该喷嘴堵塞孔的面积约为0.014mm²，根据该堵塞孔的面积即可估计喷嘴堵塞的原因，如预测是因油液杂质还是因加工喷嘴产生的毛刺，从而进一步采取防御措施。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.喷嘴挡板伺服阀的喷嘴挡板间隙的一种间接测量方法，其特征在于：通过测量喷嘴挡板阀的静态压力特性的间接方法，从而得知喷嘴与挡板的初始安装间距、喷嘴挡板阀挡板偏移量、喷嘴是否堵塞以及堵塞状况。

2.根据权利要求1所述的气动伺服阀重合量间接测量方法，其特征在于：所述的间接测量方法是在喷嘴挡板阀非拆卸的条件下完成检测过程，且检测过程对产品无任何损伤。

3.根据权利要求1所述的喷嘴挡板阀间接检测方法，其特征在于：所述的静态压力特性是在不同初始安装间隙的条件下喷嘴挡板阀的两个负载口压力比与挡板偏移量比的特性曲线以及负载压力比-堵塞系数曲线图；通过检测台进行试验可以取得喷嘴挡板阀的静态压力特性。

4.根据权利要求3所述的喷嘴挡板阀间接检测方法，其特征在于：所述的检测台具有恒压油源且对被检测喷嘴挡板阀进油口进行供油，该喷嘴挡板阀的两个负载口分别独立连接两个油液压力表或压力传感器；所述的检测台还具有挡板偏移发生装置。

5.根据权利要求4所述的喷嘴挡板阀间接检测方法，其特征在于：所述的挡板偏移发生装置通过喷嘴挡板阀内部的力马达接受输入电信号间接实现。

6.根据权利要求1所述的喷嘴挡板阀间接检测方法，其特征在于：所述的喷嘴挡板阀的间接检测方法是通过静态压力特性曲线进行间接检测的方法，即：输入电信号使挡板偏转到达最大位移，该最大位移的确定方法为输入电信号直到负载口压力最小且不再变化，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值查图即可得该喷嘴与挡板的初始安装间距偏离准则规定的量，从而采取措施使安装达到最佳；输入电信号使挡板偏转，则负载口压力表读数发生变化，通过该压力值与供油压力的比值查图即可得挡板的偏移量；输入电信号使挡板偏转到达最大位移，该最大位移的确定方法为输入电信号直到负载口压力最小且不再变化，从负载口压力表中读得压力值，用该压力值与供油压力的比值查图即可得该喷嘴的堵塞系数，若查得堵塞系数接近或等于0则说明喷嘴并未堵塞，否则通过查得的堵塞系数就可知喷嘴堵塞孔的面积，根据该面积预测堵塞物从而采取维修及故障防御措施。

7.权利要求1至6中任一所述的喷嘴挡板阀间接检测方法的应用，其特征在于：将所述方法集成于喷嘴挡板阀间接检测系统。