謝建偉，劉怡辰，陳 寅，袁曉鵬，于 錦

(浙江華昌液壓機械有限公司，浙江 杭州 311305)

0 引 言

滑閥節(jié)流槽廣泛應用于液壓執(zhí)行機構(gòu)的多路閥閥芯中，其流量特性滿足執(zhí)行機構(gòu)在不同工況下的流量要求，進而控制執(zhí)行元件的運動方向和速度[1-3]。同時，合理設計節(jié)流槽能使多路閥在換向過程中的流量特性平穩(wěn)，減小壓力變動對多路閥以及執(zhí)行元件的沖擊。國內(nèi)外學者對節(jié)流槽過流面積的計算及閥口優(yōu)化設計等方面都有很多研究[4-9]，對于叉車多路閥節(jié)流槽的設計分析并不多。然而，一般叉車節(jié)流槽的設計多依賴于設計者的經(jīng)驗，為了能獲得符合實際工況的閥口，需不斷調(diào)整節(jié)流閥類型和結(jié)構(gòu)尺寸，通過多次估算及樣件加工測試才能滿足要求，使得其工作效率低且設計成本普遍偏高。

本文將通過對常見叉車多路閥上節(jié)流槽的過流面積分析計算，采用仿真分析[10-11]，并與實際試驗多路閥微動特性項目壓力流量數(shù)據(jù)進行對比。

1 幾種叉車多路閥常見滑閥節(jié)流槽過流面積分析計算

非圓周開口滑閥閥口均布置了不同形狀的節(jié)流槽和其組合。節(jié)流槽滑閥閥口具有水力半徑大、抗阻塞性性能好、面積梯度容面積梯度容易控制、流量調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點，可以通過合理配置節(jié)流槽，獲得豐富的多級閥口面積曲線，實施對流量的多級節(jié)流控制，滿足不同工況下叉車液壓執(zhí)行機構(gòu)對運動速度的要求。本文簡單分析3種叉車多路閥上常見節(jié)流槽。

1.1 U形節(jié)流槽

U形節(jié)流槽為圓柱形銑刀沿閥芯軸線方向旋轉(zhuǎn)切割閥芯凸肩而成，具有二級節(jié)流的典型特征，前半段為半圓槽，后半段為等截面流道。

U形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖如圖1所示。

圖1 U形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖

確定U形節(jié)流槽的閥口面積Au按兩個節(jié)流面A1和A2的串聯(lián)等效計算。

(1)流量方程:

(1)

(2)壓力方程:

Δp=Δp1+Δp2

(2)

由式(1，2)可得出：

(3)

?。篊d=Cd1=Cd2，則可得出U形槽的閥口面積為：

(4)

(5)

(6)

(7)

A2=2r(h-h1)+R2·β-(R-h1)r

(8)

式中：R—閥桿半徑；r—U形槽半徑；h—U形槽深度。

1.2 V形節(jié)流槽

V形節(jié)流槽為角度銑刀沿圓弧軌跡旋轉(zhuǎn)切割閥芯凸肩而成，面積與三角形極接近，V形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖如圖2所示。

圖2 V形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖

可用三角形面積來計算V槽的節(jié)流面積。

由此可得出：

(9)

式中：r—銑刀半徑；c—銑刀軸中心與閥桿半徑R相減而得；β—銑刀的道具夾角。

1.3 RL形節(jié)流槽

RL形節(jié)流槽為兩個小孔組合而成，RL形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖如圖3所示。

圖3 RL形節(jié)流槽閥口面積計算簡圖

由圖3可得知，RL形節(jié)流槽的節(jié)流面積計算公式如下：

x0=xgsinα1

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

經(jīng)參數(shù)賦值后，通過計算軟件計算可得出其過流面積與開啟位移之間的曲線關系，如圖4所示。

圖4 RL形節(jié)流槽過流面積與開啟位移關系

閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復0值?？梢?，該類型閥口節(jié)流槽適用于閥口對開啟閉合階段控制要求不高的閥口，一般用在叉車下降閥口處。

2 U形節(jié)流槽微動特性試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

在微動特性試驗規(guī)定：P→A(B)流量微動特性時，要求進油口通以公稱流量，將滑閥由中立緩慢移動到換向位置，同時保持A(B)油口加載負荷為公稱壓力的75%。本文設閥桿直徑19 mm、公稱流量120 L/min、公稱壓力20 MPa、出口負載15 MPa、出口水利直徑28 mm、閥桿行程8.1 mm，U形槽節(jié)流從閥桿行程1.9 mm到4.2 mm，4.2 mm到7.1 mm節(jié)流槽部位為U形節(jié)流槽與環(huán)形面共同作用，之后至8.1 mm節(jié)流槽部位由閥桿小徑與閥體組成的環(huán)形面。

U形節(jié)流槽特征參數(shù)決定了其過流面積為分段函數(shù)，運用軟件MathCAD計算得出過流面積A(x)如圖5所示。

圖5 U形節(jié)流槽過流面積

圖6 (q/Q)%與(x/X)%計算與仿真關系曲線

由圖6曲線關系可知：U形節(jié)流槽的過流面積在閥口開度小于節(jié)流槽圓弧半徑時，面積梯度變化較大，閥口開度大于節(jié)流槽圓弧半徑時，面積增長較緩，綜上圖示理論計算與仿真數(shù)值趨勢基本一致，只有在某個點上有些差異。

利用叉車多路閥試驗平臺來測試實際閥桿微動特性曲線，臺架結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 微動特性試驗臺架1—位移傳感器；2—油缸；3—油缸固定架；4—微調(diào)機構(gòu)；5—試驗閥；6—閥固定架

試驗中，各個工作口都配有壓力傳感器及流量傳感器，對其壓力和流量進行檢測，同時通過計算機實時記錄并繪制微動特性曲線，如圖8所示。

比較圖(6，8)可知：仿真與實際曲線基本趨勢一致，只是仿真參數(shù)在開口開啟段設置還需進一步的改善。

兩圖顯示：U形節(jié)流槽在閥口開度較小時，流量增長較大，閥口開度較大時，流量比較平穩(wěn)，該特性有利于提高叉車液壓缸起動靈敏度和快速穩(wěn)定性。

3 結(jié)束語

本文首先從理論分析了3種叉車多路閥普遍應用的閥口節(jié)流槽，通過理論計算可以得出：在同一寬度、深度、長度以及遮蓋量條件下計算3種節(jié)流槽過流面積，U形節(jié)流槽在閥口開度較小時(xr)，閥口面積增長較緩，一般用于叉車普通屬具換向聯(lián)中；V形節(jié)流槽閥口面積隨閥口開度增大呈線性增大趨勢，且V形槽截面形狀越大，其閥口面積增加梯度也越大，一般用于叉車起升過程中；RL形節(jié)流槽閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復0值，一般用于叉車下降過程中。

再結(jié)合仿真分析U形節(jié)流槽曲線與理論計算曲線以及實際微動特性試驗曲線的對比，本文驗證了3

者趨勢的統(tǒng)一性，說明目前簡單節(jié)流槽基本可以通過理論計算與仿真分析來設計研究叉車多路閥節(jié)流槽微動特性曲線，大大減少了試制加工環(huán)節(jié)；對于微動特性要求較高的環(huán)境，可將不同形式和結(jié)構(gòu)的節(jié)流槽相組合，設計出較為豐富的多級閥口面積曲線來控制流量特性，大大改善叉車多路閥閥芯的控制特性。

參考文獻(References):

[1] 焦宗夏，彭傳龍，吳 帥.工程機械多路閥研究進展與發(fā)展展望[J].液壓與氣動，2013(11):1-6.

[2] 雷天覺.新編液壓工程手冊[M].北京:北京理工大學出版社，1998.

[3] 葉小華，劉 健，閔玉春，等.閥口形狀對多路閥靜態(tài)性能的影響研究[J].液壓與氣動，2013(8):54-57.

[4] 冀 宏，王東升，丁大力，等.非全周開口滑閥閥口面積計算方法[J].蘭州理工大學學報，2008，34(6):48-51.

[5] 強紅賓，張立杰，王 帥，等.滑閥非典型閥口過流面積計算與仿真分析[J].液壓與氣動，2016(7):56-60.

[6] 冀 宏，王東升，劉小平，等.滑閥節(jié)流槽閥口的流量控制特性[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2009，40(1):198-202.

[7] 易迪升，彭 勇，蘭秋華，等.典型滑閥節(jié)流槽的優(yōu)化設計[J].液壓與氣動，2015(11):35-40.

[8] 冀 宏，傅 新，楊華勇.幾種典型液壓閥口過流面積分析及計算[J].機床與液壓，2003(5):14-16.

[9] 周永飛，初長祥，郭小龍，等.幾種常見液壓閥節(jié)流槽過流面積估算及分析[J].液壓氣動與密封，2016(4):45-47.

[10] 王曉娟.小型液壓挖掘機多路閥閥芯節(jié)流槽研究及應用[D].成都:西南交通大學機械工程學院，2010.

[11] 陸海嬌.多路閥主閥口流量控制特性及液控單向閥啟閉過程的研究[D].蘭州:蘭州理工大學能源與動力工程學院，2013.