基于MATLAB多路阀主阀芯过流面积计算及仿真

　　多路阀是广泛应用于挖掘机、起重机、推土机、装载机等工程机械的重要元件之一，它分为片式和整体式两种，是集换向阀、过载阀、补油阀、单向阀等于一体的集成阀。无论哪种多路阀都是以换向阀为主体，其目的都是用来控制执行机构，利用阀芯在阀体孔内作相对运动，使油路接通或切断而改变油液流动的方向，进而控制执行机构相对应的动作。阀芯和阀体相对开口量决定了流量的大小，进而可以控制执行机构的速度。主阀芯的阀口形状及组合方式差别也很大，但基本上都是U 形、L 形、V 形及它们的组合。不同的阀口形式及结构尺寸对过流面积的影响各不相同，因此可以获得不同的阀口面积曲线。过流面积的大小又直接影响液压流量的大小，同时，采用组合形式的阀口形式可以实现对流量的多级节流控制，并满足机构在起动、停止及不同工况下对流量的要求。因此要想实现主阀的各种机能，必须保证阀芯与阀体配合时合适的密封长度和阀口处的开口量，即阀口开度。除了少数的阀口开度与其对应的阀口面积有精确的表达，大部分的阀芯因为复杂的结构形式而只有近似函数，例如非全周开口的滑阀。文中以某厂特定型号多路阀的其中一联主阀芯进油口为例，推导出非全周开口滑阀阀芯位移量与过流面积及流量之间的关系，分析该组合式结构相对于单个U 形槽的优点，并在编写MATLAB 文件时，使其程序化，方便对结构尺寸的优化设计。

　　1 阀口过流面积计算

　　泵输出液压油通过换向阀进油腔经过有一定开度的阀口流入负载工作腔，会发生两次流线转折和流束收缩区。第一次是刚进多路阀主阀芯节流槽时，此时液流的过流面积为阀口的竖直面，如图1、2 中的A₁所示; 第二次是流过主阀芯阀口上表面处的过流面，如图1、2 中的A₂所示。这两个过流面积均随着主阀芯开口量的改变而变化，实际设计中，取两者之中的较小值进行流量的计算。

　　1. 1 U 形阀口面积的计算

　　( 1) 当阀口开度x₁< r 时

式中: R 为阀芯的最大直径( mm) ; r 为U 形槽端口的半径( mm) ; h 为U 形流槽的深度( mm) ; n 为节流槽的个数;。

　　( 2) 当阀口开度x₁= r 时把x₁= r 代入式( 1) 、( 2) 得:

　　3) 当阀口开度x₁>r 时

　　1. 2 V 形阀口面积的计算

式中: 2θ 为刀具头部的夹角; a 为V 形槽某开口处在z 轴上的位置( mm) ; b 为V 形槽某开口处在x 轴上的位置( mm) 。