CN111637106A - 一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台 - Google Patents

Abstract

一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台，属于工程机械中多路阀结构优化领域。环形凸台为在传统多路阀阀芯的直杆中段上增加环形凸台结构，该环形凸台结构与多路阀阀芯为一体结构，能够有效减小阀芯整体稳态液动力同时满足工程强度需求。所述环形凸台共两个，对称分配在A口和B口下方的阀芯中段上，半径介于直杆和多路阀通径之间。本发明在基本不改变原有多路阀的压力流量曲线的同时，有效的将液流引导向阀体壁面使其流速损失，减小了液流直接作用在阀芯壁面的冲击力，从而显著降低了阀芯所受稳态液动力，提高了多路阀综合性能和稳定性。

Description

一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台

技术领域

本发明属于工程机械中多路阀结构优化领域，涉及一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台。

背景技术

液压传动技术具有传递效率高，布局灵活等优点，在现代工程传动系统中占有重要地位。现如今，液压技术已经在在工程、农业、船舶、航空航天、军工等领域获得广泛应用。在这样的背景下，液压技术的发展已经成为衡量一个国家工业水平的关键环节，特别是关键液压元件的设计和优化能力更是重中之重。

对于控制阀来说，对控制性能影响最大的是阀芯在通流过程的力学特性，阀在工作过程中阀芯受到多个力的同时作用，其中包括液动力、弹簧力、摩擦力等，其中液动力对阀芯的力学性能影响最大，也是多路阀优化设计的研究重点。根据阀芯的运动状态液动力分为瞬态液动力和稳态液动力。与稳态液动力相比，瞬态液动力在液动力中所占比重较小，仅在研究比例阀、伺服阀等精密液压元件时需要考虑瞬态液动力的影响。对于大流量多路阀，阀芯的控制性能主要由稳态液动力决定。稳态液动力过大可能会引起阀芯动作失效故障，并且会造成信号干扰引起阀芯动作紊乱，影响阀的稳定性和可靠性。

目前，在国内对现有的机构进行了不少研究，有学者对滑阀内部不同流道布置情况下的流动过程进行了分析与比较，得到通过改变阀的进出油口与沉割槽的相对尺寸与位置可以减小稳态液动力，但是改变了阀本身的压力流量特性曲线，且未能显著优化阀芯所受稳态液动力。国外学者对进行了大量的研究，提出了锥形阀杆等优化结构，虽不改变阀本身的压力流量特性曲线，但是稳态液动力方面优化效果小。

本发明根据工程应用的多路阀模型为研究对象，以实验数据为基础，以数值模拟为研究手段，提出了一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台，在出口流量损失很小的情况下，有效降低了多路阀阀芯在工作过程所受的稳态液动力，进一步提升其综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提高现有的多路阀综合性能，提出一种结构合理、简单的环形凸台，该环形凸台能显著降低多路阀阀芯所受的稳态液动力，提高多路阀综合性能，同时出口流量损失很小。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台，所述的环形凸台为在传统多路阀阀芯的直杆中段上增加环形凸台结构，该环形凸台结构与多路阀阀芯为一体结构，能够有效减小阀芯整体稳态液动力同时满足工程强度需求。所述环形凸台共两个，对称分配在A口和B口下方的阀芯中段上，其中，P口为多路阀入口，T口为多路阀出口，A口连接液压元件的入口，B口连接液压元件的出口。

所述的A口(B口)下方环形凸台左边界(右边界)到节流槽顶端的距离L2为：L1_{最大开口度}≤L2≤L1_{液动力极值处}+a。

所述的环形凸台的直径d为：0.727D≤d≤0.875D，直径d越大，阀芯所受稳态液动力越小，出口流量损失越大，根据实际工程需求选值。

所述的环形凸台的厚度为L3，大小满足可承受多路阀阀芯实际工作最大受力即可。

所述的环形凸台的加工圆角为R，大小由阀芯中段直径决定，目的是为了增加阀芯和环形凸台整体强度，减少环形凸台左右截面的应力集中问题。

其中，L1为阀芯开口度，D为多路阀通径，a为多路阀P口到A口段(即B口到T口段)阀体厚度。L2由L1和a共同决定；其中，L1_{最大开口度}为阀芯最大开口度，L1_{液动力极值处}为在等压力差情况下，阀芯受最大稳态液动力的开口度。

本发明提供的环形凸台工作原理如下：液流从P口进入后，通过节流槽开口流向A口时，高速的液流冲击在环形凸台的左侧并被引流冲向阀体使液流流速损失，减小直接冲击在右侧壁面的液流流速，从而降低阀芯整体所受稳态液动力。

与现有多路阀阀芯相比，本发明的有益效果在于：目前工程中常用的多路阀存在稳态液动力过大的问题，可能会引起阀芯动作失效故障，并且会造成信号干扰引起阀芯动作紊乱，影响阀的稳定性和可靠性。所述环形凸台有效的将液流引导向阀体，将阀芯末端所受稳态液动力分摊，从而显著降低阀芯整体所受稳态液动力，提高了多路阀综合性能和稳定性。

附图说明

图1为多路阀流道示意图；

图2为带环形凸台的阀芯示意图；

图3为传统阀芯示意图；

图4(a)为使用带环形凸台阀芯的多路阀流线分布图；

图4(b)为使用传统阀芯的多路阀流线分布图。

图5为降低多路阀稳态液动力的环形凸台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

如图1所示，工作中多路阀中液流流道如图所示，其中P口为多路阀入口，A口和B口分别连接液压元件的入口和出口，T口为多路阀出口。所述环形凸台对称在P口到A口和B口到T口的阀芯中段上。

如图2所示，其中，L1为阀芯开口度，D为多路阀通径，a为多路阀P口到A口段(即B口到T口段)阀体厚度。d为环形凸台直径，L3为所述环形凸台厚度，R为所述环形凸台加工圆角。

相较于图3所示传统阀芯，所述环形凸台将阀芯右侧壁面所受稳态液动力分摊，从而显著降低阀芯整体所受稳态液动力。

此环形凸台工作原理如下，液流从P口进入后，通过节流槽开口流向A口时，高速的液流冲击在环形凸台的左侧并被引流冲向阀体使液流流速损失，减小直接冲击在右侧壁面的液流流速，从而降低阀芯整体所受稳态液动力。

本发明在研制开发过程中进行了多次实验。此处以其中1个实验为例对本发明进行叙述。所用多路阀的通径D为22mm，P口到A口段阀体壁厚a为9mm，L1_{最大开口度}为8mm，L1_{液动力极值处}为2.1mm。根据上述计算方式和工程实际要求，环形凸台直径d为14mm，所述的A口(B口)下方环形凸台左边界(右边界)到节流槽顶端的距离L2为7mm，厚度L3为2mm，加工圆角R为2mm。分别对装配带环形凸台阀芯和装配传统阀芯的多路阀，取开口度为0.9mm，1.5mm，2.1mm，2.6mm，4.0mm，6.0mm六种工况模型，设入口压力为100bar，出口压力为1.5bar的边界条件，进行仿真模拟，得到数据如下表；

由表所示，运用所述环形凸台改进后的多路阀和改进前传统的对比，流量损失极小，并不改变原有多路阀的压力流量曲线；由图表所示，运用所述环形凸台改进后的多路阀和改进前传统的对比，阀芯所受稳态液动力整体有了显著降低，峰值处优化43.7％，整体优化在35％左右。由图4(a)与图4(b)对比所示，环形凸台有效的将液流引导向阀体壁面使其流速损失，减小了直接冲击在阀芯右侧壁面的冲击，从而显著降低了阀芯所受稳态液动力，提高了多路阀综合性能和稳定性。

以上所述，仅为本发明的一个具体实施案例，但本发明保护范围不局限于此，本领域的普通技术人员应当理解，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的权利要求范围之内以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种降低多路阀稳态液动力的环形凸台，其特征在于，所述的环形凸台为在传统多路阀阀芯的直杆中段上增加环形凸台结构，该环形凸台结构与多路阀阀芯为一体结构；所述环形凸台共两个，对称分配在A口和B口下方的阀芯中段上，其中，A口连接液压元件的入口，B口连接液压元件的出口；

所述的环形凸台的厚度能够承受多路阀阀芯实际工作最大受力；所述的环形凸台设有加工圆角，加工圆角大小由阀芯中段直径决定，用于增加阀芯和环形凸台整体强度，减少环形凸台左右截面的应力集中问题；

所述的A口下方环形凸台的左边界到节流槽顶端的距离L2为：L1_{最大开口度}≤L2≤L1_{液动力极值处}+a；

所述的B口下方环形凸台的右边界到节流槽顶端的距离L2为：L1_{最大开口度}≤L2≤L1_{液动力极值处}+a；

所述的环形凸台的直径d为：0.727D≤d≤0.875D；

其中，L1为阀芯开口度；D为多路阀通径；a为多路阀P口到A口段或B口到T口段的阀体厚度，P口为多路阀入口，T口为多路阀出口；L1_{最大开口度}为阀芯最大开口度；L1_{液动力极值处}为在等压力差情况下，阀芯受最大稳态液动力的开口度。

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