电液伺服阀喷嘴挡板阀流场分析

　　引言

　　电液伺服阀是伺服控制系统中重要的控制转换元件，它将电气输人信号转换成控制大功率液压能量的输出信号，控制执行部件，其性能直接影响控制系统的性能。电液伺服阀具有控制精度高和功率放大率高等优点，在液压控制系统中已经得到了广泛应用。作为电液伺服阀前置放大级的喷嘴挡板阀具有结构简单，体积小，加工调整方便的特点，灵敏度高，输人功率小，运动部件惯性小，动态响应快。但喷嘴与挡板之间的间隙小，如零位间隙为0.025—0.05 mm,容易堵塞，抗污能力差;内部泄漏较大、功率损失大，适用于前置级小流量控制。

　　电液伺服阀内部流场复杂。由喷嘴和挡板组成前置放大级，流体经过喷嘴后驱动挡板，该过程涉及复杂的流体动力学问题，精确的数学建模和分析具有一定的难度。应用CFD软件可以进行数值分析。文献c4}分析了喷嘴挡板的二维静态特性，得出了不同喷嘴内径下喷嘴压力与挡板间隙的关系。文献〔5)研究了射流管伺服阀放大器的静态特性，得到了射流管在不同偏转角时的压力和流量特性。目前喷嘴挡板阀的研究主要集中在局部二维流场，三维流场分析尚不多见。

　　本文着重分析力反馈式两级电液伺服阀的一级喷嘴挡板阀的三维流场及其分布规律。

　　1双喷嘴挡板式电液伺服阀

　　图1所示为力反馈式两级电液伺服阀的原理图。力反馈电液伺服阀由动铁式力矩马达和双喷嘴挡板阀组成的前置放大级，以及滑阀功率放大级两部分构成。双喷嘴挡板阀由挡板5、喷嘴6、固定节流孔节流控制器。图中，i₁, i₂为输人控制电流;p_lp、 p_2p分别为主阀芯两端的压力;ps为供油压力;p_A，p_B为负载进出口压力;p₀为回油压力。

　　当输入控制电流△i=0时，衔铁由弹簧管支承处于上下永磁体的中间位置，挡板也处于两喷嘴的中间位置，主阀芯在零位，电液伺服阀无液压输出。当输入控制电流信号△i时，衔铁组件发生偏转，挡板相对于中间位置发生偏移，引起两喷嘴内的压差变化，导致主阀芯两端产生压差，主阀芯偏离零位，电液伺服阀打开并输出相应大小的压力和流量。改变控制电流大小和方向，可以相应改变液流的压力和流量的大小及流动方向，且阀的控制输出量和衔铁偏转角度均与控制电流成比例。

　　2计算模型

　　2.1 Solidworks建模和Gambit网格划分

　　图2所示为利用Solidworks软件建立的双喷嘴挡板阀三维仿真模型，这里仅显示剖面图。实体部分为液压油流过的通道，即油路，挡板(图中央空心部分)处于中位位置。