阀口形状对多路阀静态性能的影响研究

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多路阀是液压挖掘机最核心的元件 ，其节流阀口的形状对多路阀的性能有着重要影响，而不同节流阀口形状所表达的功能主要体现在其过流面积上。因此，优质的面积曲线有助于减小执行机构的冲击，使启动平稳或实现精确控制 J，以得到优良的微调特性。

为此，本文以某型号的多路阀铲斗联为研究对象，采用不同阀口形状转换为不同过流面积的方法，对不同阀口形状对多路阀静态特性的影响进行比较分析研究，为多路阀节流阀口形状的设计与优化提供理论参考。

1 多路阀铲斗联液压原理如图1结合模型当阀芯向左移动时换向阀工作于右位，图中根据阀芯位移可分为三种工作状态，即当阀芯位移 0～3 mm时，节流口1、3都处于未打开状态，液压油通过中位节流口回油箱；当 3～6 mm图1 多路阀铲斗联液压原理简图时，多路阀工作于右位第二位，液压油-部分经过节流口3到达铲斗缸无杆腔，另-部分通过中位节流口回油箱，有杆腔油液通过节流口1回油箱；当 6～81313时多路阀工作于右位第三位，液压油经过节流口3到达铲斗缸无杆腔，有杆腔油液通过节流口1回油箱。

2 节流阀口形状与过流面积图2和图3所示分别为 P-A和 B-T节流阀口形状圆周展开图，改变相关尺寸即可改变阀口形状。

为此，如表 1所示不同尺寸系列，根据现有节流阀口过流面积的理论公式 j，便可求出多路阀铲斗联中P-A、- pi -pi/2 0 pi/2 pi图2 多路阀P-A节流阀IZl圆周展开图] 吕 口 吕 [- -pi -pi/2 0 pi/2 pi图3 多路阀 B-T节流阀口圆周展开图收稿 日期 ：2013-02-25作者简介 ：叶歇(1973-)，男，四川广安人，讲师，博士生，主要从事液压伺服/比例控制理论及应用方面的科研和教学工作。

2013年第8期 液压与气动 55表 1 不同尺寸系列节流阀口过流面积代号表P-A阀口过流面积代号 B-T阀口过流面积代号尺寸 I 3I# ll#尺寸 2 32# 12#尺寸3 33# l3#尺寸4 34# 14#B-T节流阀口不同尺寸系列的过流面积曲线如图4和图5。

不同尺寸系列节流阀口过流面积如表 1所示，针对表 1中四种不同阀口形状，得到相应四组过流面积，即(31#、11#)，(32#、12#)，(33#、13#)，(34#、14#)便可以分别求出该系统的静态特性并进行比较分析。

图4 P-A节流阀口过流面积曲线旦器爨趔图 5 B-T节流 阀 口过流面积 曲线3 静态特性3.1 压力.流量方程设阀芯位移PC：3～8 mm，此时多路阀工作于右位，对应节流阀口的开度为 0～5 mm。

1)主阀芯节流口流量方程- - - - - - - Q ：Cd·A( 3)·/÷-(P -P ) (1)V P式中，Q -- 液压缸无杆腔流量C -- 流量系数A( ，)-- P A阀口的过流面积P -- 多路阀进口供油压力P -- 液压缸无杆腔压力P-- 油液密度Q Cd。A( )。√吾 (2)式中，Q -- 液压缸有杆腔流量4( )-- B- T阀口的过流面积P -- 液压缸有杆腔压力2)流量连续性方程 QI Q2 (3)P Lj式中， -- 液压缸活塞运动速度- - 液压缸无杆腔面积：-- 液压缸有杆腔面积3)负载压力、负载流量的定义定义负载压力和负载流量为 J：- ㈩ p 4)Q (Q。4-Q：)/2 (5)式中，， -- 为外负载- - 为流量比，即： ： 4)液压缸活塞的动力学方程P1·A1P2·A2-IFL (6)由式 (1)～(6)可解 得多路 阀的压力-流 量方程 J：QL Cd v√言[ps- (2- )pL] (7)式中， 。--比例系数，占 √ l仿真参数如表2所示。

表2 静态仿真参数Cd 0，kg·m A，/m A2/m P /MPa0.72 889 0.010387 0.005360 31.43.2 静态速度特性由式(1)-(4)和(6)解得液压缸的速度为：f-C .4( ，)PI l(8)取 F 151000 N，将 4组过流面积(31#、11#)，(32#、12#)，(33#、13#)，(34#、14#)带入式(8)中得到液压缸速度特性曲线如图6所示。

56 液压与气动 2013年第8期600；500400300謦20出 100燃 0图 6 液压缸速度特性 曲线由图6可知，(31#、11#)节流阀口组合所对应的液压缸特性速度曲线分为 2段，在阀口开度为 0～1mm时为-段，其速度特性曲线斜率较小，用于阀口刚打开时能有效的减少执行机构的冲击；而阀口开度1～5 mm1]为另-段，其速度特性曲线斜率变大，线性度好，可见其速度微调性能较好。而对(32#、l2#)节流阀口组合其速度特性曲线在歇度下曲线斜率较低，因此能很好地实现缓冲功能，但在 1～4 mm时线性度较差，不利于对执行机构的精确控制；对于(33#、13#)节流阀口组合其速度特性曲线在整个过程中具有很高的线性度，但在歇口时斜率较大容易产生冲击；对于(34#、14#)节流阀口组合其速度曲线在整个阀口打开过程中缓冲及线性度较其他都差。

3.3 速度刚度特性速度刚度 k 表示系统抵抗外负载干扰维持速度不变的能力，即：-OFI./a P (9)由式(8)和(9)可得：k 2· 二瓦 Cd·A(x3)A1(10)设节流阀口的开度为 2.5 mm，根据(10)可得节流阀口的速度刚度曲线如图7所示。

由图7可知节流阀口过流面积越小，速度刚度就越大，其抵抗负载变化的能力也就越强。

3.4 流量特性由式(7)可得负载流量与阀芯位移的关系如图8所示，这里取负载压力P。.15 MPa。

由图8可知，流量特性曲线和节流阀口的过流面积保持-致。(32#、12#)阀口组合在阀口歇度时其图 7 速度刚度特性曲线350官 300250媛 1005O0图 8 流量 特性 曲线简曲线斜(即率流量增益)较小，能起到明显的缓冲作用。(33#、12)阀口组合曲线具有良好的线性度，表明流量的控制性能较好，但其歇度时的缓冲性能较差。

3.5 压力特性由式(7)可得负载压力与阀芯位移的关系如图9所示，这里取负载流量 Q 200 L/min。

3015曩0图 9 压力特性 曲线由图9可以看出，图中4种阀口组合负载压力均随着阀口开度的增大而增大。(32#、12#)阀口组合的曲线在大开口情况下其曲线斜率(即压力增益)高，且其线性度较好，但其死区较大。相比较而言，(34#、14#)阀口组合的压力增益最小，且线性度范围变校3.6 压力-流量特性由式(7)可得负载压力与负载流量的关系如图 l0所示，此时阀口开度 2.5 mm。由图 10可知，负载流量均随着负载压力的增大而减校其曲线斜率即为流量-压力系数，则(32#、12#)最小，说明此阀口组合的液压阻尼最小，易引起阀芯振荡而不稳定；而(34#、14#)的流量 压力系数最大，其阀芯稳定性最好。

2013年第8期 液压与气动 57DOI：10.1 1832/j.issn.1000-4858.2013.08.015带钢纠偏设计和伺服系统性能分析叶冬柏Design of Strip Correction and Performance Analysis of SystemYE Donghai(宝钢不锈钢有限公司 冷轧厂，上海 2031)摘 要：带钢纠偏对中广泛应用于冷轧各条生产线，对提高机组产量、成材率具有极其重要的作用。根据带钢纠偏对中的原理，从跑偏和纠偏角、纠偏速度和加速度、液压执行机构的设计选型、伺服控制系统的动态性能和品质分析等方面出发，全面研究和分析了带钢纠偏装置的设计和计算方法。带钢纠偏装置是-个大惯性、低压小流量、高响应和高精度的位置控制系统，工程设计时，必须根据处理线的机组速度、配置位置、入出口自由带钢长度、纠偏角和纠偏装置承受的负载等进行合理配置及设计选型，才能确保生产线的高速稳定 运行 。

关键词：带钢纠偏；设计计算；性能分析中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)08.057-5引言带钢纠偏装置是-种纠正带材在机组运行时出现偏移的装置，由于其反应灵敏、效果显著而广泛应用于冶金、轻工、印染、造纸等行业的连续机组中。

收稿 日期：20132-20作者简介：叶冬柏(1969-)，男 ，江苏泰兴人 ，高级工程师，主要从事冶金机械和液压方面的设备研究和技术管理工作。

§咖I簧负载 PL/MPa图 10 流量-压力特性曲线综上所述，(32#、12#)节流阀口组合表现出总体平稳性较高，但大开口下微调性能差；(33#、l3#)阀口组合虽然其微调性能较好，但在阀口歇度时缓冲能力较差；(34#、14#)阀口组合在阀口刚打开后灵敏度虽高，但是冲击较大且线性度不高。某多路阀其铲斗联所使用的(31#、11#)阀口组合所表现的平稳性和精确控制性相对较平均。

4 结论(1)在阀口刚打开时节流阀过流面积曲线应该越低越好，这样有利于系统的平稳性。但同时要考虑到过流面积过低系统的响应性也低，会导致堵塞等其他因素。

(2)阀口打开后过流面积曲线应该要保证有-定的线性度，这样才能对执行机构进行精确的速度控制，微调性能才好。