CN105443485B - 一种异型孔定压活门设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异型孔定压活门设计方法，步骤1：首先定压活门的定义坐标系，步骤2：根据定压活门的工作原理可知：定压压力稳定时，高压油通过衬套型孔转换为定压油的流量Qin与定压油的消耗量Qout相同，根据小孔流量公式可得公式③；与矩形型孔相连的是三角形型孔，两者共同组成衬套型孔；由于衬套型孔为周向分布的镜像型孔，可得公式⑧、公式⑨:可得到衬套型孔的相关尺寸表达式。采用上述方法设计的定压活门大大提高了其定压压力的稳定性，为改善定压活门性能提供了方向，提高了系统的控制精度。同时可利用AMESim仿真设计平台对所设计的活门进行仿真验证及优化，使其具有良好的机加工艺性，缩短研制周期，降低制造难度及制造成本。

Description

一种异型孔定压活门设计方法

技术领域

本发明应用于航空、船舶等领域对控制精度要求高的产品中定压活门的设计。

背景技术

现有通用航空调节器类产品中多用定压活门为伺服控制系统提供稳定油压。如图1所示，定压活门由活门5、活门衬套6、弹簧4、弹簧座1、活门盖3、调整垫片7、上座2组成，定压活门感受定压油和低压回油的压力差，与定压活门的弹簧4力平衡。当泵后高压油压力变化或定压油消耗发生变化导致上述平衡被破坏时，活门5移动，开大或关小泵后高压油至定压油的节流窗口，改变定压压力，直至活门5重新平衡。工程应用中，常出现因定压活门衬套6定压活门的衬套型孔设计不合理导致定压差变化范围大，从而造成产品控制精度低的问题。

发明内容

本发明的目的：根据泵后高压油压力及定压油消耗量设计定压活门衬套6定压活门的衬套型孔的形状，使得泵后高压油升高及定压油消耗增加时依然能够维持定压压力稳定，为产品提供稳定的压力油源。

本发明的技术方案：

一种异型孔定压活门设计方法，具体设计步骤如下：

步骤1：

首先定压活门的定义坐标系，其中原点为初装时弹簧4与弹簧座1接触面与活门5轴线的交点；设定压压力要求为P_C＝P_C0±mP_C0MPa，其中，0＜m≤0.1；式中P_C为实际定压压力，P_C0为设定定压压力，m为系数，所述异型孔为衬套型孔；

由定压活门的工作原理知定压活门感受低压油压力、弹簧4力及定压压力，高压油经过衬套型孔转换为定压油；弹簧4预紧力为F₀,初装时定压活门的衬套型孔开度为最大，当定压压力升高到克服弹簧4的预紧力和低压油作用在活门5上的合力时，弹簧4开始移动；设定压压力达到设定数值时活门5移动的距离为a，假设此时定压压力达到上限值P_C0+mP_C0MPa，以活门5为研究对象，活门5受力情况如公式①所示：

-(P_C-P₀)A+F₀+Kx＝0 ①

式中，P_C—实际定压压力；P₀—低压油压力；A—活门5截面积；F₀—弹簧4预压力；K—弹簧4刚度；x—活门5相对于初始装配的位移；

该过程衬套型孔为矩形孔，定压压力达到P_C0+mP_C0MPa，定压活门移动的行程为a，则边长a的表达式如公式②所示：

②

步骤2：

根据定压活门的工作原理可知：定压压力稳定时，高压油通过衬套型孔转换为定压油的流量Q_in与定压油的消耗量Q_out相同，根据小孔流量公式可得公式③；

③

式中，C_in为流量系数，Ax为衬套型孔的打开面积，P_in为高压油压力，由公式③可得衬套型孔打开面积的表达式如下：

④

步骤3：

设a₀为定压油在规定公差范围内定压活门可移动的行程，a₀表达式如公式⑤所示：

⑤

衬套型孔应能保证定压压力在给定公差范围内、高压油由小到大过程中均能提供满足需求的定压油，由此可得公式⑥、⑦：

⑥

⑦

其中，A1、A2分别为定压压力为P_C0-mP_C0MPa及P_C0+mP_C0MPa时的衬套型孔打开面积，Q_outmax为定压油需求的最大消耗量，P_in1为恰好达到定压压力下限值时的高压油压力，P_in2为高压油的最大压力，与矩形型孔相连的是三角形型孔，两者共同组成衬套型孔；

由于衬套型孔为周向分布的镜像型孔，可得公式⑧、公式⑨:

A₁＝bc+2a₀b ⑧

A₂＝bc ⑨

由此可得尺寸b、c的表达式⑩、其中b为上述三角形型孔的底边长度，c为上述三角形型孔的高度：

⑩

由公式②、⑩、可得到衬套型孔的相关尺寸表达式；

通过上述公式可知，P_in及Q_out均会影响定压压力，故可根据产品实际的P_in及Q_out范围来计算A_inx与x的关系，使得定压活门的定压压力在高压油压力变化及定压油消耗量变化时能够保持在规定范围内；同时设计时应充分考虑衬套型孔加工的工艺性。

利用上述方法设计出的如图2所示定压活门的衬套型孔能够满足使用要求。

本发明的优点：采用上述方法设计的定压活门大大提高了其定压压力的稳定性，为改善定压活门性能提供了方向，提高了系统的控制精度。同时可利用AMESim仿真设计平台对所设计的活门进行仿真验证及优化，使其具有良好的机加工艺性，缩短研制周期，降低制造难度及制造成本。

附图说明

图1是定压活门结构示意图；

图2是定压活门的衬套型孔示意图。

具体实施方案

本发明所述的定压活门结构如图1所示，定压活门的衬套型孔如图2所示。

本方案为了验证所设计的活门定压活门的衬套型孔能够有效的提高定压差稳定性，根据泵后高压油压力及相应的定压油的消耗量来确定定压活门的衬套型孔的打开面积及定压活门的衬套型孔开度之间的关系，并通过AMESim仿真平台进行仿真验证，泵后高压油的压力由小到大变化、定压油消耗量增加时所设计的定压活门的衬套型孔能保持定压压力稳定在规定范围内。在此过程中通过仿真工具对定压活门的衬套型孔进行优化，使得所设计的定压活门的衬套型孔在满足性能要求的同时具有较好的工艺性。对按照图1、图2加工的定压活门组件进行试验，结果表明该定压活门组件性能稳定，满足产品实际使用要求。

Claims (1)

1.一种异型孔定压活门设计方法，其特征在于：具体设计步骤如下：

步骤1：

首先定义定压活门的坐标系，其中原点为初装时弹簧(4)与弹簧座(1)接触面与活门(5)轴线的交点；设定压压力要求为P_C＝(P_C0±mP_C0)MPa，其中，0＜m≤0.1；式中P_C为实际定压压力，P_C0为设定定压压力，m为系数，所述异型孔为衬套型孔；

由定压活门的工作原理知定压活门感受低压油压力、弹簧(4)力及定压压力，高压油经过衬套型孔转换为定压油；弹簧(4)预紧力为F₀,初装时定压活门的衬套型孔开度为最大，当定压压力升高到克服弹簧(4)的预紧力和低压油作用在活门(5)上的合力时，弹簧(4)开始移动；设定压压力达到设定数值时活门(5)移动的距离为a，假设此时定压压力达到上限值(P_C0+mP_C0)MPa，以活门(5)为研究对象，活门(5)受力情况如公式①所示：

-(P_C-P₀)A+F₀+Kx＝0①式中，P_C—实际定压压力；P₀—低压油压力；A—活门(5)截面积；F₀—弹簧(4)预压力；K—弹簧(4)刚度；x—活门(5)相对于初始装配的位移；

衬套型孔为矩形孔，定压压力达到(P_C0+mP_C0)MPa，定压活门移动的行程为a，则边长a的表达式如公式②所示：

步骤2：

根据定压活门的工作原理可知：定压压力稳定时，高压油通过衬套型孔转换为定压油的流量Q_in与定压油的消耗量Q_out相同，根据小孔流量公式可得公式③；

式中，C_in为流量系数，A(x)为衬套型孔的打开面积，P_in为高压油压力，由公式③可得衬套型孔打开面积的表达式如下：

步骤3：

设a₀为定压油在规定公差范围内定压活门可移动的行程，a₀表达式如公式⑤所示：

衬套型孔应能保证定压压力在给定公差范围内、高压油由小到大过程中均能提供满足需求的定压油，由此可得公式⑥、⑦：

其中，A1、A2分别为定压压力为(P_C0-mP_C0)MPa及(P_C0+mP_C0)MPa时的衬套型孔打开面积，Q_outmax为定压油需求的最大消耗量，P_in1为恰好达到定压压力下限值时的高压油压力，P_in2为高压油的最大压力，与矩形型孔相连的是三角形型孔，两者共同组成衬套型孔；

由于衬套型孔为周向分布的镜像型孔，可得公式⑧、公式⑨:

A₁＝bc+2a₀b ⑧

A₂＝bc ⑨

由此可得尺寸b、c的表达式⑩、其中b为上述三角形型孔的底边长度，c为上述三角形型孔的高度：

由公式②、⑩、可得到衬套型孔的相关尺寸表达式；

通过上述公式可知，P_in及Q_out均会影响定压压力，故可根据产品实际的P_in及Q_out范围来计算A_in(x)与x的关系，使得定压活门的定压压力在高压油压力变化及定压油消耗量变化时能够保持在规定范围内；同时设计时应充分考虑衬套型孔加工的工艺性。