大流量高速数字阀的液压阀设计

　　通常液压系统压力都在40 MPa 以下，流量可达几百升，甚至上千升，且随着自动化水平的不断提高，液压领域对于高速开关数字阀的需求日益迫切，但是，电喷领域的数字阀很难满足流量要求，而压力与频响又显浪费，而液压系统中数字阀的研究略显滞后，一般压力达20 MPa，流量仅2～9 l/min，频响5 ms。工作流量越来越成为影响高速开关数字阀在液压领域上进一步应用的因素。本文着重探索如何实现高速开关阀的大流量化，使其在液压领域的应用范围进一步的拓展，并拟定所要达到的技术指标：压力P =21MPa，流量Q =6 l /min，频响<3 ms(333 Hz)，在此基础上来进行大流量的探索。

　　1 大流量数字阀阀芯建模

　　高速开关数字阀仍然采用锥阀式，区别于增量式数字阀，重新对锥阀芯进行建模，以进行更为精确的分析，数学坐标原点仍然选在密封端面与其不同之处在于，过流面积更加精确化，即为密封端面到阀芯锥面的垂直距离所围成的面积，如图1 所示。过流面积A_X 相当于直角梯形绕中心轴旋转一周所围成的正圆锥体的侧面积[1]。为分析方便，过流面积定为密封面上，除去被阀芯遮挡的那部分面积，如图1中A_X ，虽较A _X大，但总流量较大，对其影响不甚明显，故可按此计算，而在设计高速开关数字阀时则需精确考虑，以便为更进一步探索大流量数字阀提供精确的理论基础。

　　要分析流量，首先要计算出锥阀芯的过流面积A_X 。从上面分析知道，流体流经阀口时的最小通道即过流面积A_X 相当于正圆锥体(图1b)的侧面积。根据几何知识得到如下关系式[2]：

式中， y —正圆锥体顶圆半径;r —阀座通径;x —阀芯轴向位移量;α —阀芯半锥角。

式中，l —正圆锥体的母线长。从而可以求出正圆锥体的侧面积即过流面积A_X ，

　　为便于后续分析，要求出过流面积增益dA_X/dX，它是一个很重要的参数，

　　则数字阀流量方程在高速开关数字阀中的具体形式为

　　这样，流量增益dQ_X/dX就同样可以得出，

　　为便于分析，忽略次要因素的影响，集中研究主要因素，同时考虑高速开关阀的结构，选取流量系数Cp =0.65，流体比重ρ=0. 8g/cm³为恒定值。

　　由额定流量、工作压降分别为Q_N =6L/min，?P =4 bar，求得额定流量时对应阀口的最小面积A_min，

　　则对应阀口的最小通径D_min 可确定，

　　按此参数，求得阀口的最大流速Vmax，