二维高压大流量电液比例换向阀振动试验研究_王珊.pdf

o 后控制控制 全断电，流量指示阀 解除报警。通过上位机程序控制步骤 循环运行，目前已完成 次循环，测试过程中阀件运动灵活，无卡滞现象，无外渗漏。结论通过国产化阀件的集成测试，在有限的试验资源下实现了多种阀件同时进行可靠性测试，可在 个月内完成 万次测试，节省了试验资源。为国产化阀件的设计可行性、性能稳定性、可靠性提供数据支撑，大幅降低研发周期。参考文献 李祥阳，花同宾 一种高性能液压阀综合试验台设计液压与气动，（）：王连 液压阀型式试验台控制特性的研究 沈阳：沈阳工业大学，曹伟，朱红波，刘晓超 液压元件的测试 机电工程技术，（）：王松 一种煤矿用液压阀试验台的液压系统设计 机械工程与自动化，（）：，郭媛，张昌，邓江洪，等 基于模块化的液压阀试验台性能测试系统研究 机床与液压，（）：王福山 工程机械液压元件可靠性试验技术研究 液压气动与密封，（）：引用本文：王培，何燚，武玉娇，等 国产化阀件集成测试方案及改进 液压气动与密封，（）：，o，o o o ，（）：二维高压大流量电液比例换向阀振动试验研究王 珊，任 威，徐 钰，王红利，陈志鹏 o o o oo ooo o ，Y，g，g（o o o，o，）（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：针对二维电液比例阀在轻量化、抗污染、输出稳定性等方面的优势，研制了一种高压大流量电液比例换向阀，可适用飞机机载环境，利用 对比例阀的结构、模块参数进行了仿真计算，并在振动冲击试验台上对样机进行了试验研究，研究结果表明力矩马达紧固压板刚度和安装螺钉的规格影响最大。关键词：二维；电液比例换向阀；机载环境；振动冲击试验台中图分类号：文献标志码：文章编号：（）设计背景电液比例阀是电液比例控制系统的核心元件，输入的电压信号可使阀芯产生位移，从而输出与输入信号收稿日期：作者简介：王珊（），女，河南商丘人，助理工程师，硕士，主要从事 阀的结构设计及仿真等相关工作。成比例的压力和流量。电液比例阀根据其使用工况可大致分为方向阀、压力阀、流量阀。电液比例换向阀分为直动式电液比例换向阀、先导式电液比例换向阀及 电液比例换向阀。直动式电液比例换向阀因比例电磁铁输出推力与阀口开度有关，因此无法实现大流量控制；先导式电液比例换向阀可以实现高压大流量控制，但其结构复杂且容易因油液中的污染颗粒发生堵塞。基于 原理的电液比例换向阀其敏感腔液压气动与密封年第期的压力由阀芯转动的角度进行控制，功率级主阀芯受到先导级敏感腔内高压油的作用力，产生轴向移动，以此来实现换向。高压油液会产生较大的驱动力，使电液比例换向阀可以在重量、体积相对较小的同时又具有功重比高、响应时间快、抗污染及输出稳定性优良等特点。本文在原有 技术的基础上提出了一种新型的二维高压大流量电液比例换向阀，并对其进行振动仿真及试验研究。结构设计二维高压大流量电液比例换向阀的剖视图如图 所示。图 剖视图二维高压大流量电液比例换向阀由阀体、阀套、阀芯组件、高压活塞套组件、二维活塞组件、力矩马达等组成。高压活塞套组件行成的高压腔通过内部流道与进油口 相通，其压力始终为系统压力，作用在阀芯组件上的压力作用面积为。二维活塞组件形成的敏感腔作用在阀芯组件上的压力作用面积为，其压力由二维活塞台肩上的一对高低压槽与二维活塞套上的螺旋槽的重叠面积决定。当阀芯组件处于初始位置时，螺旋槽正好处于高、低压槽的中间位置，若不考虑其它力的影响，敏感腔的压力为系统压力的二分之一，此时阀芯组件处于平衡状态，、四个油口互不相通，当力矩马达通电后，线圈得电产生的磁通破坏了衔铁的平衡，衔铁输出力矩并带动二维活塞转动，使得二维活塞台肩上的高压槽与螺旋槽的重叠面积大于低压槽与螺旋槽的重叠面积，敏感腔的压力大于二分之一系统压力，此时高压腔对阀芯组件的推力小于敏感腔对阀芯组件的推力，阀芯组件向左移动，口与 口连通，而当阀芯组件在向左移动的同时，螺旋槽又逐渐处于高、低压槽的中间位置，敏感腔压力又回到系统压力的二分之一，阀芯组件又回到平衡状态位置；当力矩马达输出相反方向的力矩时，敏感腔作用于阀芯组件的推力小于高压腔作用于阀芯组件的推力，此时阀芯组件向右移动，口与 口连通，从而实现换向的目的。模块参数计算2.1 开口量为了确保阀芯组件开口在设计区间时 电液比例换向阀的额定流量符合要求，对额定工作压力下的阀芯组件开口量进行如下计算，参数如下：压降 下流量 ，通径 ；介质密度 。阀芯组件的开口量可通过流量公式：（）式中，流量系数 阀口压降（）额定流量（）油液密度（）阀芯直径（）阀口开度（）将上述数据代入得，。2.2 高压腔尺寸敏感腔作用面积 ，按上述设计要求，阀芯组件左端面积为右端面积的一半，即：()（）从而左端直径 为：（）带入数据得：振动仿真3.1 模型的搭建对二维高压大流量电液比例换向阀进行振动仿真，首先在 中建立换向阀的三维实体模型，将模型导入 中，并建立换向阀的有限元模型。换向阀有限 元 模 型 材 料 有 o、等。3.2 网格划分采用四面体网格下的 oo 方法对模型进行网格划分，共划分 节点，个单元。换向阀的空间方向和网格划分结果如图、图 所示。3.3 边界条件在模态分析的基础上，对电液比例换向阀做、Y、个方向的振动分析，采用 o 中的o o 模块，按图 的振动试验曲线加载，o 求取产品结构振动应力。图 换向阀空间方向图 换向阀网格划分结果图 振动试验曲线3.4 结果分析振动应力云图如图 所示，提取了在 载荷作用下、Y 和 个方向上的振动应力，阀体材料为铝合金，许用应力为 。振动的仿真结果见表。表 振动仿真结果振动方向最大振动应力 许用应力 安全裕度 轴 Y 轴 轴 由表 振动仿真结果可知，二维电液比例换向阀振动的最大应力远小于许用应力。图 振动应力云图 振动试验研究为了验证二维电液比例换向阀材料、紧固件等是否选用合理，设计余量等是否设计合理，对二维电液比例换向阀进行振动试验，检查其振动试验后否会发生紧固件松动或永久变形等。4.1 被试品状态二维电液比例换向阀中紧固压板和安装螺钉的安装位置如图 所示，四处螺钉将紧固压板安装在极靴上方，保证力矩马达不发生松动。现分别取紧固压板及安装螺钉的四种状态，共（）（）种情况进行振动试验，如表 所示。液压气动与密封年第期图 安装示意图表 振动试验的不同状态压板厚度 螺钉规格（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）4.2 试验台的搭建将二维高压大流量电液比例换向阀的样机用 处螺钉紧固在振动冲击试验台上，如图 所示。图 振动试验台的搭建分别对表 中的 种样机状态进行振动试验，换向阀承受振动试验条件如图 所示，试验方向为、Y、共三个轴向，试验时间为每个轴向 。4.3 试验分析振动试验结束后对换向阀进行检查，其结果如图 所示，其中处于 区域状态的换向阀振动试验后力矩马达均发生松动，、区域状态的换向阀振动试验均符合要求。通过以上试验结果可知：（）厚度为 的紧固压板和规格为 的螺图 振动试验结果钉，因其刚度和预紧力较小，振动试验后力矩马达均发生松动，因此不建议使用。（）压板厚度和螺钉规格在 区域的力矩马达，虽然其振动试验符合要求，但是应慎重选择。（）当压板厚度大于 ，螺钉规格在 及以上时，换向阀振动后无松动及变相，较为安全。小结本文研究了一种二维高压大流量电液比例换向阀，利用 对其结构和模块参数进行了仿真计算，并在振动试验台上对样机进行了振动试验研究，结果表明力矩马达紧固压板的刚度和安装螺钉的规格都会对二维电液比例换向阀的振动结果产生影响，在空间和重量允许的情况下，应选择厚度大于 的紧固压板和螺纹规格大于 的安装螺钉。参考文献 苏东海，任大林，杨京兰 电液比例阀与电液伺服阀性能比较及前景展望 液压气动与密封，（）：刘国文，金亮亮，路遥，等 电液比例换向阀的发展概况及前景展望 液压气动与密封，（）：李军，付永领，王占林 机载电静液作动系统的发展现状与关键技术研究 航空制造技术，（）：oo o ，（）：李胜，阮健，孟彬 二维电液比例换向阀动态特性及稳定性分析 机械工程学报，（）：阮健，李胜，孟彬 数字伺服阀 液压与气动，（）：刘国文，阮健，李胜，等 电液比例换向阀阀芯卡紧力分析 中国机械工程，（）：引用本文：王珊，任威，徐钰，等 二维高压大流量电液比例换向阀振动试验研究 液压气动与密封，（）：，o o o o o oooo ，（）：