温度对电液伺服阀的影响分析

　　引言

　　电液伺服阀作为液压伺服系统的核心部件,其性能如零位、增益、回宽等特性直接决定了电液伺服系统的特性。当环境温度变化时,液压滑阀阀芯阀套之间的滑动副间隙发生变化,引起诸如阀芯阀套间的磨损、卡死、卡滞、压力损失增加或泄漏加剧等现象;油液粘度随油温变化而变化,阀开口处的节流作用产生温升,造成阀内温度分布不均匀,阀内局部受热,阀芯阀套发生热膨胀;磁性材料性能也受温度影响。本文主要分析温度对电液伺服阀配合间隙以及阀内流场等的影响。

　　1温度对配合间隙的影响

　　温度变化引起电液伺服阀组成部件的相关尺寸变化,进而影响电液伺服阀的性能。环境温度变化对液压元件最直接的影响就是热胀冷缩引起零件变形,配合间隙发生变化;间隙过大会增加阀内部泄漏;间隙过小,阀芯阀套容易卡死。材料的热膨胀性常用线膨胀系数(表示,其含义为温度每上升1℃时,单位长度的伸长量(l/℃)。由材料力学121可知,物体温度上升△t时,材料长度的伸长量为

　　电液伺服阀常用几种材料的平均线膨胀系数如表1所示。

　　温度变化时阀套和阀芯的配合间隙变化量由两部分组成,一部分为阀套内半径的变化量,一部分为阀芯半径的变化量。阀芯和阀套之间的径向间隙变化量可近似表达为

　　式中,a₁和a₂分别为阀套和阀芯的材料线膨胀系数(1/℃);r₁和r₂分别为阀芯半径和阀套外半径(mm);η为阀套和阀体配合对阀套膨胀的影响系数。图1和图2为某电液伺服阀阀芯和阀套结构示意图。阀套内径6mm,外径16mm,阀芯与阀套配合间隙4μm。温度升高,其配合间隙减小。温度过高时,阀芯与阀套之间的相对运动受到影响,有可能导致卡死的现象。环境温度25℃,当液压油温度升高至120℃时,a₁=11.4x10^-6/℃,根据式(2)可算得阀套间隙变化量δ为3.8μm。此时,理论上可知阀芯阀套之间配合由间隙配合转化为过盈配合的临界状态,温度高于120℃时往往导致卡死现象。

　　电液伺服阀内部具有各种径向配合情况131。如阀芯与阀套之间间隙配合量2-4μm;阀套与阀体之间过盈配合量2μm(或间隙配合2μm);衔铁中孔和弹簧管为过盈配合,过盈量为8-12μm;喷嘴和阀体为过盈配合,压人量为4-7μm。温度降低,过盈配合量减小时,会造成泄漏量过大,电液伺服阀零漂大,某些结构的伺服阀节流孔组件在阀体内会有窜动等;温度升高,过盈配合尺寸增大时,配合应力增大,变形量增加。此外,温度升时,阀芯以小球为中心向两端热膨胀,阀套在阀体内轴向对称膨胀,轴向配合的不对称性可能引起零飘现象。