CN107131167A - 一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀及调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，包括阀体、设置在阀体上部通过力矩马达控制的射流喷嘴、设置在阀体两端的调试端盖、压力检测装置、设置在阀体内的阀套、设置在阀套内的阀芯以及嵌设在阀芯上用于接收喷嘴射流流束的接收座，射流接收座上设有两个射流接收孔，两个射流接收孔分别通过设置在阀套壁内的接收长孔与阀套内的阀芯两端腔体连通，压力检测装置包括设置在射流接收座上的两个压力检测孔以及设置在端盖上的第一压力传感器，两个压力检测孔分别通过设置在阀套壁内的检测长孔与压力传感器连接。与现有技术相比，本发明具有可调试喷嘴轴线位置，确保喷嘴轴线前后对中安装从而降低射流管伺服阀内泄漏率等优点。

Description

一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀及调试方法

技术领域

本发明涉及机械工程的机械零件与传动装置和流体控制技术领域，尤其是涉及一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀及调试方法。

背景技术

射流管伺服阀出现在20世纪50年代，经过数十年的发展，射流管伺服阀因其具有响应快速、抗污染能力强、可靠性高等优点，已广泛应用于民用、军用航空航天设备的液压系统中，但是由于其结构、各级零部件的加工装配限制，其内泄漏较大。

国外射流管伺服阀制造企业主要有MOOG、MTS、HONEYWELL等。第二次世界大战期间，德国Askania公司首先发明了射流管伺服阀。

在结构方面，单级射流管伺服阀出现后，陆续出现接收器与滑阀一体化的射流管伺服阀。1957年R.Atchley在Askania公司射流原理的基础上改进并提出两级射流管伺服阀。1981年，Robert D.Nicholson提出嵌入式射流配流器结构。1985年，Howard B.Kast提出倾斜式滑阀端面配流的射流管伺服阀结构，采用滑阀端面沟槽进行射流管限位。1987年，Harry M.Sloate等提出一种旋转配流式射流管伺服阀结构。绕性管的出现使得射流管伺服阀的液压部分和电气部分可以适当分离，大大提高了射流管伺服阀的实用性，后来广泛用于航空飞行器的作动器动力控制。21世纪以来，偏转板、射流形式、接收器形状等均有不同程度的创新。

在反馈控制信号方面，20世纪70年代以来，射流管伺服阀逐步用于数字控制。1967年，GE公司将射流管电液伺服阀用于气体涡轮发动机等的喷嘴面积控制，通过感受气体温度信号，采用射流管阀作为先导级来控制活塞的移动，从而控制发动机喷嘴的面积。1979年，Honeywell公司采取检测射流管的压差并通过机械弹簧进行反馈的方法，实现两级射流管伺服阀的反馈控制。1983年Robert D.Nicholson提出采用电磁定位器代替传统的液控和电控定位器。1987年Richard D.Bartholomew提出采用光学反馈系统来控制喷嘴位置。1987年，播音披露了利用光纤进行射流管位置反馈实现射流管伺服阀的闭环控制。2002年，Kenneth E.Hart.提出采用低温报警信号控制射流管先导式三级伺服阀控制液压马达变量机构。

在安装检测方面，2016年，同济大学訚耀保提出将力矩马达底板安装在喷嘴对中测试基座上，通过观察射流玻璃柱在射流检测板上的冲击点位置及轨迹，判断是否对中，以减少射流管伺服阀零漂误差。

目前，射流管伺服阀在安装时缺乏严格的对中检测意识，而实际上安装误差会极大的增加射流管伺服阀的泄漏率，本专利提出一种检测方法，旨在保证射流管伺服阀喷嘴轴线位于两射流接收孔轴线所在平面内，从而提高射流管伺服阀的流量利用率，减少内泄漏。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种确保对中安装、降低流量泄漏率的调试喷嘴轴线位置的调试射流管伺服阀及调试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，用以保证射流管伺服阀射流喷嘴在前后方向上对中安装，该射流管伺服阀包括阀体、设置在阀体上部通过力矩马达控制的射流喷嘴、设置阀体两端的调试端盖、压力检测装置、设置在阀体内的阀套、设置在阀套内的阀芯以及嵌设在阀芯上与射流喷嘴正对设置的射流接收座，所述的射流接收座上表面设有两个射流接收孔，两个射流接收孔分别通过设置在阀套壁内的接收长孔与阀套内的阀芯两端腔体连通，所述的压力检测装置包括设置在射流接收座上的两个压力检测孔以及设置在调试端盖上的第一压力传感器，两个压力检测孔分别通过设置在阀套壁内的检测长孔与压力传感器连接。

所述的两个射流接收孔的中心连线与两个压力检测孔的中心连线相互垂直。

所述的射流接收座呈倒置的凸台状，其凸台头部固定嵌入到阀套上的安装孔中，尾部设有两对称的纵切面，尾部上表面上开设压力检测孔和射流接收孔，两个压力检测孔和两个射流接收孔均为斜孔，并且延伸到凸台头部，分别与阀套上对应的检测长孔和接收长孔连通。

所述的两个压力检测孔的轴线呈八字设置，其夹角为30度，所述的两个射流接收孔的轴线呈八字设置，其夹角为30度。

所述的两个压力检测孔在射流接收座上表面的孔中心距离为2R，孔径为0.55-0.8R，所述的射流接收孔的孔径为R。

所述的检测长孔和接收长孔均呈水平设置，并且检测长孔和接收长孔的孔径相等。

所述的调试端盖呈凸台结构，中心处开设贯通的螺纹孔，其底部上开设弧形槽，凸台部的外缘开设密封圈槽，所述的弧形槽内开设内螺纹孔，所述的第一压力传感器安装在内螺纹孔内，所述的螺纹孔与阀套内的阀芯两端腔体连通，其内设有第二压力传感器。

所述的调试端盖凸台部的弧形槽内设有密封圈，所述的调试端盖底部在与阀体和阀套接触处设有锁紧环。

所述的弧形槽与检测长孔连通。

一种喷嘴轴线位置调试方法，包括以下步骤：

1)在阀体两端安装调试端盖，并连接好第一压力传感器，使射流喷嘴轴线正投影在射流接收座上表面的初始调试位置；

2)射流喷嘴喷射出的射流流束在到达接收座平面后依次通过压力检测孔和检测长孔流到两端端盖的弧形槽中，安装在内螺纹孔的第一压力传感器分别检测两检测孔内的油液压力，并且判断压力是否相等，若是，则进行步骤3)，若否，则进行步骤4)；

3)该初始位置对应的射流喷嘴中心轴线位于两射流接收孔轴线所在平面内，没有前后偏离，然后取下调试端盖，使用密封螺钉塞住阀套上的检测孔，装配原配的端盖完成喷嘴轴线位置调试；

4)该初始位置对应的射流喷嘴中心轴线前后偏离，前后调整喷嘴位置并返回步骤2)。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、确保对中安装：本发明通过在射流接收座上开设检测孔、阀套内开设检测长孔、调试端盖上安装第一压力传感器，通过检测两射流接收孔中心连线两侧的检测小孔内的压力并判定是否相等，确定喷嘴轴线是否位于两射流接收孔轴线所在平面内，从而提高两接收孔的射流接收面积，进而提高射流管伺服阀的输出流量。

二、降低流量泄漏率：由于泄漏率与喷嘴中心在射流接收孔中心中垂线上偏离距离正相关，因此，减小喷嘴中心在射流接收孔中心中垂线上偏离距离能够显著减小射流管伺服阀的内泄漏量。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的射流管伺服阀结构示意图。

图2是本发明的一种实施例的射流接收座示意图。

图3是本发明的一种实施例的阀套示意图。

图4是本发明的一种实施例的调试端盖示意图。

图5是本发明的一种实施例的射流口和射流接收孔布置示意图。

图6是本发明的一种实施例的自由喷嘴射流流场几何关系图。

图7是本发明的一种实施例的接收座平面示意图。

图8是本发明的一种实施例的零位时流量接收示意图。

图9是本发明的泄漏率随喷嘴中心在射流接收孔中心中垂线上偏离距离关系曲线。

图10为本发明的调试流程图。

其中：1、射流喷嘴，2、射流接收孔，3、射流接收座，4、反馈杆，5、第一压力传感器，6、阀芯，7、密封圈，8、调试端盖，9、锁紧环，10、供油口，11、负载口，12、回油口，13、阀套，14、力矩马达，15、压力检测孔，16、接收长孔，17、检测长孔，18、内螺纹孔，19、密封圈槽，20、螺纹孔，21、弧形槽，22、第二压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

实施例：

如图1所示，该射流管伺服阀由力矩马达14、射流喷嘴1、射流接收座3、反馈杆4、阀套13、阀芯6组成。射流接收座3上的两射流接收孔2分别与阀芯6左右两腔相连，射流接收座3插装在阀套13上，阀芯6置于阀套13内，反馈杆4上端与射流喷嘴1相连，下端与主阀芯6相连。施加控制电流后，在力矩马达14的驱动下射流喷嘴1发生偏移，射流接收座3的两射流接收孔2接收的能量不再相同，形成压力差推动主阀芯6移动，主阀芯6通过反馈杆4拖动射流管反向移动，形成新的力平衡后主阀芯6稳定在某一工作位置。此时，主阀芯6的偏移量与控制电流成比例。

如图2所示，射流接收座3平面上两射流接收孔2的中心连线中垂线对称位置开设两检测小孔15。接收座上左右两射流接收孔轴线呈“八”字形，夹角为30度。两射流接收孔2亦呈“八”字形，夹角为30度。两检测小孔中心距离为2R，小孔直径为0.55～0.8R，R为射流接收孔半径。射流接收座3为凸台状，其尾部圆柱包含两对称纵切面，其头部的检测小孔15输出通道轴线与射流接收孔2输出通道轴线水平。安装时，在两射流接收孔2的中心连线中垂线方向上前后调整射流喷嘴1位置，使两检测小孔的输出压力相等，则可保证喷嘴1中心轴线位于两射流接收孔2轴线所在平面内，从而保证喷嘴1在前后方向上对中安装。

如图3所示，阀套13上半部分开有与射流接收座3上的射流接收孔2相通的接收长孔16和与检测小孔15相通的检测长孔17，阀套13上检测长孔17与接收长孔16的孔径相等。射流管伺服阀在完成射流喷嘴1位置调整后，使用密封螺钉塞住阀套13上的检测通道。

如图4所示，调试端盖8上开有弧形槽21、用于安装第一压力传感器5的内螺纹孔18、恢复压力检测螺纹孔20、密封环槽19，弧形槽21与阀套13上的检测长孔17对正，用于引出检测小孔15内的油液，并在调试端盖8上配备第一压力传感器5检测其压力。射流管伺服阀在完成射流喷嘴1位置调整后，将调试端盖8替换为普通原配端盖，并使用密封螺钉塞住阀套上的检测长孔17。

如图5所示，本实施例中，喷嘴1与射流接收孔2直径均为D＝2R，喷嘴1出口距接收座3平面的距离一般为L≈(1～1.4)D，本实施例中取L＝1.2D。

如图6所示，射流油液经喷嘴1喷出后，其流束呈图中虚线所示，包括等速核心区和剪切层。根据Zalmanzon和Semikova对不可压缩紊流的喷流理论，当α＝14°时，γ＝11°26′，等速核心区的长度是5D。本实施例中因射流喷嘴1出口至射流接收座3平面的距离L＝1.2D＝2.4R，则由图示几何关系得，

等速核心区流束直径

剪切层流束直径

如图7所示，两检测小孔15对称开设在射流接收座3平面上两射流接收孔的中心连线中垂线上。为保证检测小孔15的输出压力达到一定的辨识度，且降低加工难度，检测小孔15应尽量多的接收等速核心区和剪切层的射流束，因此，检测小孔15直径

取两检测小孔15中心距离为2R，为防止检测小孔15与射流接收孔2干涉，检测小孔15直径

综上，两检测小孔15中心相距2R时，检测小孔15直径0.55R＜D′＜0.8R为较合适的范围，其中，R为射流接收孔半径，本实施例中D′＝0.7R。

如图8所示，对于喷嘴1中心在两射流接收孔2的中心连线中垂线上偏离y₀的射流管伺服阀而言，其流量利用率正比于图6中剖面线部分的面积Ar。将到达接收座平面的射流油液简化为半径为r的等速核心区流束，如图6中虚线所示。在图示坐标系中，两圆曲线方程可表示为：

解得：

其中：

又由圆心O_R的坐标为(R,0)，圆心O_P的坐标为(0,y₀)可得：

则图中梭形阴影部分的面积可表示为

当射流喷嘴处于零位时，流量利用率为两个上述梭形阴影面积与射流流注面积的比值，则泄漏率为：

流量泄漏率随喷嘴中心偏离两射流接收孔的中心连线中点的距离关系曲线如图9所示。

图9是本发明的一种实施例的泄漏率随喷嘴1中心在射流接收孔2中心中垂线上偏离距离关系曲线。取喷嘴1射流等速核心区流束在接收座平面的半径r＝R，横坐标表示喷嘴1中心在两射流接收孔2的中心连线中垂线上偏离距离y₀与射流接收孔2半径R的比值，纵坐标表示喷嘴1零位时的流量泄漏率。可见，在安装时，当喷嘴1中心不偏离两射流接收孔2的中心连线时，流量泄漏率达最小值。因此，在安装时，保证射流管伺服阀喷嘴1轴线与两射流接收孔2轴线共面是有效降低其泄漏的方法。

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 (10)

1.一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，用以保证射流管伺服阀射流喷嘴(1)在前后方向上对中安装，其特征在于，该射流管伺服阀包括阀体、设置在阀体上部通过力矩马达(14)控制的射流喷嘴(1)、设置阀体两端的调试端盖(8)、压力检测装置、设置在阀体内的阀套(13)、设置在阀套(13)内的阀芯(6)以及嵌设在阀芯(6)上与射流喷嘴(1)正对设置的射流接收座(3)，所述的射流接收座(3)上表面设有两个射流接收孔(2)，两个射流接收孔(2)分别通过设置在阀套(13)壁内的接收长孔(16)与阀套(13)内的阀芯(6)两端腔体连通，所述的压力检测装置包括设置在射流接收座(3)上的两个压力检测孔(15)以及设置在调试端盖(8)上的第一压力传感器(5)，两个压力检测孔(15)分别通过设置在阀套(13)壁内的检测长孔(17)与压力传感器(5)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的两个射流接收孔(2)的中心连线与两个压力检测孔(15)的中心连线相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的射流接收座(3)呈倒置的凸台状，其凸台头部固定嵌入到阀套(13)上的安装孔中，尾部设有两对称的纵切面，尾部上表面上开设压力检测孔(15)和射流接收孔(2)，两个压力检测孔(15)和两个射流接收孔(2)均为斜孔，并且延伸到凸台头部，分别与阀套(13)上对应的检测长孔(17)和接收长孔(16)连通。

4.根据权利要求3所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的两个压力检测孔(15)的轴线呈八字设置，其夹角为30度，所述的两个射流接收孔(2)的轴线呈八字设置，其夹角为30度。

5.根据权利要求4所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的两个压力检测孔(15)在射流接收座(3)上表面的孔中心距离为2R，孔径为0.55-0.8R，所述的射流接收孔(2)的孔径为R。

6.根据权利要求2所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的检测长孔(17)和接收长孔(16)均呈水平设置，并且检测长孔(17)和接收长孔(16)的孔径相等。

7.根据权利要求1所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的调试端盖(8)呈凸台结构，中心处开设贯通的螺纹孔(20)，其底部上开设弧形槽(21)，凸台部的外缘开设密封圈槽(19)，所述的弧形槽(21)内开设内螺纹孔(18)，所述的第一压力传感器(5)安装在内螺纹孔(18)内，所述的螺纹孔(20)与阀套(13)内的阀芯(6)两端腔体连通，其内设有第二压力传感器(22)。

8.根据权利要求7所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的调试端盖(8)凸台部的弧形槽(21)内设有密封圈(7)，所述的调试端盖(8)底部在与阀体和阀套(13)接触处设有锁紧环(9)。

9.根据权利要求7所述的一种可调试喷嘴轴线位置的射流管伺服阀，其特征在于，所述的弧形槽(21)与检测长孔(17)连通。

10.一种应用如权利要求1-9任一项所述射流管伺服阀的喷嘴轴线位置调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在阀体两端安装调试端盖，并连接好第一压力传感器，使射流喷嘴轴线正投影在射流接收座上表面的初始调试位置；

2)射流喷嘴喷射出的射流流束在到达接收座平面后依次通过压力检测孔和检测长孔流到两端端盖的弧形槽中，安装在内螺纹孔的第一压力传感器分别检测两检测孔内的油液压力，并且判断压力是否相等，若是，则进行步骤3)，若否，则进行步骤4)；

3)该初始位置对应的射流喷嘴中心轴线位于两射流接收孔轴线所在平面内，没有前后偏离，然后取下调试端盖，使用密封螺钉塞住阀套上的检测孔，装配原配的端盖完成喷嘴轴线位置调试；

4)该初始位置对应的射流喷嘴中心轴线前后偏离，前后调整喷嘴位置并返回步骤2)。