比例阀节流负载阀口的匹配特性研究与结构改进

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挖掘机等工程机械所使用的多路比例阀的阀口多采用节流负载 口形式(如图 1所示)。通过合理配置节流负载口，可以获得丰富的多级阀口面积曲线，实施对流量的多级节流控制，满足不同工况下挖掘机的执行机构对运动速度 的要求，使得执行机构 起动或停止时刻平稳，工作区段能够根据工况需求分级或比例控制执行机构的动作。设计适合负载口l4 独立调节的方向阀，来满足负载口多路 比例阀控制系统的响应要求 J，需要全局考虑阀的驱动形式 J、阀的本体结构设计、阀芯运动的控制方法等。

图 I 阀芯结构示意 图1 比例阀节流负载阀口匹配特性分析液压挖掘机的动臂、斗杆、铲斗及回转的多路比例阀其结构原理基本相同，每个阀芯共8个台肩，其中6个台肩上有节流负载阀口，每个台肩上所开阀口的形状、大邪数量均不同。执行元件的速度受 3个节流负载阀口过流面积的影响，只有合理匹配同时起作用的3个节流负载阀口才能使执行元件获得工作所需的速度和输出力。其中-联的结构示意如图 1所示。

挖掘机动臂联比例阀也具有中位回油通道及并联供油两条油路。欲使动臂油缸顶升，阀芯需左移，节流负载阀口5、4、1起作用。阀口4逐渐关闭；由主泵流出的压力油通过节流阀口5后慢慢打开，通往执行机构的工作油路进入动臂油缸大腔；动臂油缸小腔出油，油液通过节流阀口1流回油箱。

图2a所示为节流负载阀口5的展开图，该阀口布置有3种不同尺寸的单半圆槽形共6个节流槽，从60。

到 180。三种节流槽分别表示为：HC1，HC2，HC3。它们的轴向布置见图2b所示。图2c中参数x002 mm，x012 mm，x023.5 mm。x002 mm是节流阀口5相对阀腔内通道的物理死区。

当0≤

a) b) c1图2 动臂联阀进油口当(xoox01)< ≤(x00x01x02)时，HC3和HC2开通，阀口过流面积A( )：A( )2×A ( )2×AHc1( )当(x00x01x02)< 时，HC3、HC2、HC1开通，阀口过流面积：A( )：A( )：2×AHc3( )2×AHc2( )2×Ac ( )实验测量得到过流面积曲线如图 3所示200鲁150100簧50。

O 2 4 6 8 10 12阀芯位移/mm图 3 节流负载阀口过流面积曲线从图3可看出，不同形状、尺寸的节流阀口形成的不同阀口的过流面积与阀芯开口之间是非线性关系。

对于节流负载阀口5和4，阀芯位移在 8.5 mm前过流面积变化比较缓慢，8.5 mm后过流面积增大梯度明显增大，这是因为在前-个阶段，阀芯处于由4个半圆槽形阀口组合而成的阀口节流的范围内，当阀芯移动8.5 mm之后，阀芯进入全开口状态，所以过流面积变化很快。如此设计阀口在-定程度上可以提高多路比例阀的微调特性而又不会影响较大开口时阀口的通流能力。阀口4是中位回油 口，在阀芯移动过程中通流面积逐渐减小，通道逐渐关闭。阀口5和4，都存在-个物理死区，分别为 2.5 mm和 2 mm。这是因为在滑阀刚开始动作时，动臂进油回路的压力还未建立起来，如果没有设置这-死区，会引起动臂失控。而且 ，为了降低回路背压，减少能量损害，阀芯移动的整个范围内阀口1的通流面积总比阀口5的通流面积大。

2 比例阀节流负载阀口结构的改进以动臂油缸顶升单工况工作时为例，研究节流负载阀口对动臂油缸顶升时间和速度的影响，提 改进阀口结构的方案。

图4、图5分别为动臂顶升速度与阀芯位移和动臂油缸流量与阀芯位移曲线 ，油缸流量和速度的变化趋势是相-致的，阀芯位移在 8 mm后油缸的顶升速度和流量有波动。在此位移区间微调阀芯位移时，油缸顶升时会出现抖动现象 ，会产生冲击，阀的微调性能受影响。油缸的顶升速度、进油流量与阀口的过流面积有很大关系，阀芯位移在 8 llm后，过流面积的变化梯度有所减猩以通过调节阀口5或者阀口l的过流面积来调节油缸速度。

分析图 3，节流阀口HC2处在阀芯位移 8.0 llm后，可以适当增大 HC2的尺寸来调节过流面积，改进后的节流阀口如图6所示。

图4 动臂顶升速度与阀芯位移曲线200- 图6 改进前后节流槽结构改进后的油缸平均速度与阀芯位移的关系曲线如图7所示。阀芯位移最大时，动臂油缸顶升动作完成所需时问也缩短为2.8 S。油缸顶升速度曲线较改进前平滑，消除了之前的明显折线情况，油缸顶升速度变化平稳，不会出现较大的冲击，速度微调性比改进前好。

3 结论(1)执行元件的速度受三个节流负载阀口过流面2013年第1期 液压与气动 85起拨道机液压缸测试 台的液压系晁建桃统设计Hydraulic System Design of Hydraulic Cylinder Test Bench forTrack Lifting and Lining MachineCHAO Jian.tao(什邡瑞邦机械有限责任公司 广汉分公司，四川 广汉 618300)摘 要：起拔道机是铁路专用机械产品，对液压缸具有较高的技术要求，为完成对液压缸的检测需设计专门的液压测试台。该文参考国家相关行业标准，并对其所提供的液压缸型式试验液压系统原理以及在耐压试验、起动压力检测两方面针对起拔道机液压缸技术要求做 出相应的修改，分析修改原因，并对修改后的液压系统进行了原理分析。为起拨道机液压缸测试台的设计制作和应用提供了关键技术，完成了液压缸各项参数和性能的检测。

关键词：液压缸；起拔道机；测试台；起动压力；耐压试验；液压系统中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)01-0085-03引言液压起拨道机是铁路部门进行铁路线路维修时用于对线路进行起道、拨道的专用机械。该机主要由机架、走行机构、勾轨机构、起拨道机构及动力液压系统组成，其勾轨、走行、起拨道机构由油缸驱动。作业时需先用勾轨机构夹住钢轨，再用将起拨道油缸活塞杆伸出以道床为支撑，将机器和钢轨-起抬高和往左右拨动，起到调整线路几何尺寸的作用。由于道床铺满收稿日期：2012-09-24作者简介：晁建桃 (1978-)，男 ，四川乐山人，工程师，学士，主要从事铁路机械产品的设计研发工作。

图 7 改进后动臂油缸速度与 阀芯 位移积的影响，不同形状、尺寸的节流阀口形成的不同阀口的过流面积与阀芯开口之间是非线性关系。欲使执行元件获得工作所需的速度和输出力 ，需要合理匹配同时起作用的三个节流负载阀口；(2)负载阀口的过流面积曲线是非线性的，每个阀口都存在物理死区，以避免执行机构失控。移过物理死区后过流面积梯度明显增大，以满足执行机构动作需要；(3)油缸流量和缸径移动的速度的变化趋势是相- 致的，优化阀口形状和尺寸可以消除执行元件，比如油缸的抖动现象 ，使其有良好的速度微调性，油缸的顶升速度变化平稳。