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喷嘴挡板伺服阀抑制前置级气穴现象的方法

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-06-26

  该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于杭州电子科技大学,未经杭州电子科技大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】

  本发明公开了喷嘴挡板伺服阀抑制前置级气穴现象的方法。现有气穴抑制方法在油压较大时作用明显减弱。本发明将力矩马达输出的电信号转换成阀芯的压力信号,并通过调节挡板在两个喷嘴的相对位置来改变两个喷嘴之间压力差,进而推动阀芯精确运动;在喷嘴主流道外沿开设辅流道形成辅流道射流的入射,改善喷嘴与挡板间的压力分布,从而抑制喷嘴边缘的气穴,同时通过辅流道射流与挡板侧面径向射流的相互作用,来降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板边缘及挡板和挡板安置腔内壁之间区域的气穴;当喷嘴进口压力进一步升高时,辅流道射流的出口流量也会增加,从而加强辅流道射流与挡板侧面径向射流的相互作用,来进一步抑制气穴现象。

  本发明涉及一种伺服阀性能改善方法,具体涉及一种喷嘴挡板伺服阀抑制前置级气穴现象的方法。

  作为电液伺服系统的关键核心部件,电液伺服阀的性能直接制约着整个系统的工作可靠性、控制精度及响应特性等。通常,伺服阀由前置级功率放大和功率级液压放大两部分组成,前者是将信号进行电液转换和信号放大,后者输出液压动力控制负载运动,起到功率级液压放大器的作用。伺服阀的前置级有多种形式,主要有喷嘴挡板阀、射流管阀和偏转板射流阀等,其中,前者应用最为广泛。

  喷嘴挡板伺服阀前置级流场通常具有流道结构复杂、进出口压差大、流速快、高剪切性等特性,容易诱发局部低压而导致气穴现象的产生。气穴气泡从初生、发展到溃灭的过程往往会诱发流场中的压力脉动以及噪声等,不仅会使伺服阀发生高频啸叫现象,还会使零件表面发生气蚀以及使挡板产生振动。这会影响喷嘴挡板装置的工作稳定性,降低伺服阀动静态性能,严重时会使衔铁挡板组件振动过大,造成弹簧管开裂,导致伺服阀损坏。因此,伺服阀前置级气穴特性的改善是保证伺服阀正常工作和性能提升的关键。

  现有的气穴抑制方法,如增加出口背压或采用矩形挡板,在供油压力较小时可以有效削弱气穴现象,包括喷嘴挡板边缘的附着气穴以及流场中的云气穴。但是,液压管路中常存在压力波动,由此而导致喷嘴供油压力增大时,这些方法对气穴现象特别是云气穴的抑制作用会有所减弱。而大量研究表明,相比于附着气穴,云气穴特别是在其溃灭过程中所诱发的噪声以及压力脉动要更为严重。因此,为提高喷嘴挡板伺服阀的性能并保证其工作的可靠性,需要设计新的气穴抑制方法。

  供流源流体由两端的进流口分别经对应的节流口和节流通道流向喷嘴;两喷嘴射出的流体射向挡板两侧;当线圈中有电流信号输入时,衔铁被磁化产生的磁场与永久磁铁和导磁体形成的磁场合成电磁力矩,使衔铁连同挡板偏转,挡板的偏转使两喷嘴与挡板之间的缝隙发生相反的变化,阀芯两端进流口的压力也发生相反的变化,缝隙变小的一端压力上升,另一端压力下降,从而推动阀芯移动。阀芯移动的同时使反馈杆产生弹性变形,对反馈杆产生反力矩。当作用在挡板上的电磁力矩与弹簧管反力矩及反馈杆反力矩达到平衡时,阀芯停止移动,此时有如下两种工况:1)当阀芯中心朝向第一控制流口移动然后停止时,第一控制流口与卸流口连通,靠近第二控制流口那端的进流口与第二控制流口连通;外部负载的流体由第一控制流口进入,并由卸流口流出;而部分供流源流体由靠近第二控制流口那端的进流口进入,并由第二控制流口流至外部负载。2)当阀芯中心朝向第二控制流口移动然后停止时,靠近第一控制流口那端的进流口与第一控制流口连通,第二控制流口与卸流口连通;外部负载的流体由第二控制流口进入,并由卸流口流出;而部分供流源流体由靠近第一控制流口那端的进流口进入,并由第一控制流口流至外部负载。由于衔铁、挡板的转角以及阀芯的位移都与电流信号成比例变化,在负载压差一定时,该喷嘴挡板伺服阀的输出流量也与输入电流成比例;当输入电流信号反向时,输出流体的方向也发生改变。而流体从喷嘴射出后,由于存在从喷嘴射向挡板的冲击射流和从喷嘴与挡板的间隙射向挡板安置腔的内壁的径向射流,局部压力降低之处会产生气穴;在喷嘴主流道外沿开设周向均布的2~8个辅流道形成辅流道射流的入射,改善喷嘴与挡板间的压力分布,从而抑制喷嘴边缘的气穴,同时通过辅流道射流与挡板侧面径向射流的相互作用,来降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板边缘及挡板和挡板安置腔内壁之间区域的气穴;当喷嘴进口压力进一步升高时,辅流道射流的出口流量也会增加,从而加强辅流道射流与挡板侧面径向射流的相互作用,来进一步抑制气穴现象。

  所述喷嘴的主流道直径为0.3~0.6mm,长度为0.5~1mm,辅流道的直径为0.1~0.2mm,长度与主流道相等;辅流道与主流道的中心距为0.3~0.6mm。

  1、喷嘴挡板装置将力矩马达输出的电信号转换成阀芯的压力信号,起到电液转换和信号放大的作用,并通过调节挡板在两个喷嘴之间的相对位置来改变两个喷嘴之间压力差,进而推动阀芯精确运动,最终实现控制滑阀出口流量的目的。

  2、本发明在伺服阀喷嘴主射流周围增加了微射流,可以有效抑制伺服阀前置级气穴现象,特别是云气穴。

  3、本发明微射流与主射流同时受供油压力的影响,当供油压力增大时微射流的作用也被强化,从而可以削弱由供油压力增大而导致更加严重的气穴现象,因此有效削弱了液压管路中供油压力变化对伺服阀前置级流场中气穴现象的影响。

  图4-1是喷嘴进口压力为6MPa且喷嘴只开设主流道未开设辅流道时,伺服阀前置级流场的速度云图。

  图4-2是喷嘴进口压力为6MPa且喷嘴既开设主流道又开设对称的两个辅流道时,伺服阀前置级流场的速度云图。

  图5-1是喷嘴进口压力为6MPa且喷嘴只开设主流道未开设辅流道时,伺服阀前置级流场的气体体积分数云图。

  图5-2是喷嘴进口压力为6MPa且喷嘴既开设主流道又开设对称的两个辅流道时,伺服阀前置级流场的气体体积分数云图。

  图6-1是喷嘴进口压力为8MPa且喷嘴只开设主流道未开设辅流道时,伺服阀前置级流场的气体体积分数云图。

  图6-2是喷嘴进口压力为8MPa且喷嘴既开设主流道又开设对称的两个辅流道时,伺服阀前置级流场的气体体积分数云图。

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