基于电磁换向阀换向时的液动力研究

　　0　引　言

　　随着液压技术正在向高速、高压、大功率和高精度与智能化方向发展,电磁换向阀在液压系统中变得越来越重要,并且成为不可缺少的重要组成元件之一,尤其在高压、高精度和大功率自动化生产线系统中,电磁阀常有换向失灵、烧毁等现象,严重影响系统正常运行,因此,研究和分析换向阀换向时产生故障的原因,即液动力影响,以减少或消除非安全因素,意义重大.

　　1　稳态液动力分析

　　据文献[1]-[4],要使换向阀阀芯在阀套内运动,操纵力需克服作用在阀芯上的瞬间液动力、稳态液动力、运动部分惯性力、粘性摩擦力和弹性力,其中液动力是影响系统正常安全运行的主要原因之一.如图1所示,换向阀阀芯分析稳态液动力计算并对系统的影响,所谓稳态液动力指阀由一种稳定状态转到另一稳定状态产生的力.以液体1为研究对象,则作用在液体1左侧的作用力F即流体作用于阀芯右侧面力F右:F=F右.

　　流体作用于阀芯左侧力

　　以液体1为研究对象,考虑力平衡有:

　　式中:q1,q2—流量,φ1,φ2—进油口速度及回油速度与水平线夹角;

　　β1,β2———进、回油的动量修正系数;

　　ρ—体密度; V1, V2—流过截面A的流体进、回油的平均速度;

　　对式(2),取β1=β2=1,φ2=θ,φ1=0°

　　且因为V2 V1　故可设V1=0

　　故液体对阀芯作用力即稳态液动力△F=F左-F右

　　即

　　液体对阀芯作用力即稳态液动力等于△F,方向向左,其方向始终指向阀口关闭方向,它产生原因在于压力差,但不能完全认为它的方向是固定不变的,应根据具体情况分析.由于稳态液动力存在,不利阀的运动,在设计时需考虑.

　　2　瞬间液动力分析

　　如图2所示,二位四通阀为例进行分析说明,这种阀一般为三台肩结构,有四个主要通油口P、0、A、B.常态时,P、B相通,A、0相通,在驱动力作用下使P、A通,B、0通.当阀芯开口量x变化时,通过它的窗口的流量将发生变化,从而使阀腔内液流速度(即动量)发生变化即产生加速度,这时流速变化对阀芯产生的反作用力即瞬间液动力其大小Fs:

　　式中:A—阀芯有效面积;

　　V—阀腔内液流速度;

　　L—阀腔内液流实际长度;

　　ρ—液体密度

　　q—流过滑阀口流量;

　　t—时间

　　如果不考虑阀腔内油的泄漏和压缩性由节流公式可得流过阀口流量:

　　式中:Cd—流量系数;

　　△P—通过阀口压力差;