液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)閥的研究

張文亭

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)閥的研究

張文亭

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

本文主要研究了液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中流量轉(zhuǎn)閥的穩(wěn)態(tài)特性，設(shè)計(jì)了測試實(shí)驗(yàn)臺，驗(yàn)證了該閥的理論模型，分析確定了閥的壓力靈敏度，并通過測試某品牌汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量轉(zhuǎn)閥獲得實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果，可以供廠商借鑒使用。

液壓轉(zhuǎn)向；轉(zhuǎn)閥；流量閥；壓力靈敏度；車輛

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-99-03

引言

流量控制閥穩(wěn)態(tài)特性的研究與整個(gè)系統(tǒng)動力學(xué)有關(guān)，比如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。從控制理論的角度來講，液壓閥的主要非線性是指流量-開口的穩(wěn)態(tài)特性。建立閥口系數(shù)的適當(dāng)值是在液壓控制系統(tǒng)動力學(xué)方法中最重要的一步。[1]

本文的研究對驗(yàn)證動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)流量閥的幾何和設(shè)計(jì)參數(shù)是一個(gè)有用的參考。另外，還為在閥的設(shè)計(jì)和動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中某些參數(shù)的計(jì)算提供了一個(gè)可靠的數(shù)學(xué)模型。

1、理論方法

為了確定流量轉(zhuǎn)閥的壓力敏感性創(chuàng)建了一個(gè)模型如圖1所示，由于轉(zhuǎn)閥過于復(fù)雜，因此采取一定假設(shè):

（1）通往液壓缸的管口被關(guān)閉（或活塞桿被鎖定）；

（2）測流口對應(yīng)閥的測流口被減少為一個(gè)單一的等效孔口；

（3）閥芯和閥體之間的相對角位移轉(zhuǎn)換成直線位移，在兩個(gè)部件之間的接觸直徑上測量；

（4）當(dāng)閥口開度較小時(shí)（在負(fù)遮蓋運(yùn)行區(qū)內(nèi)），通流面積的變化與閥口的開度呈線性；

（5）等效孔口流量系數(shù)是常數(shù)。【2】

圖2所示是流量閥的等效計(jì)算圖?？紤]以上假設(shè)，并認(rèn)為是穩(wěn)定供應(yīng)的流量閥，可以寫出下面的方程:

Qm-是供給液壓缸的流量（零流量）；Qs-連續(xù)供應(yīng)的流量；cd-等效測流孔的流量系數(shù)；bI-在負(fù)遮蓋運(yùn)行區(qū)內(nèi)的面積梯度；U-閥的負(fù)遮蓋；x-閥口的開度；ps-閥內(nèi)壓力；pA-A缸口壓力；pB-B缸口壓力；ρ-流體密度。[3]

結(jié)合上述兩個(gè)方程，并考慮到的基本關(guān)系，可得:

可以找出液壓缸腔內(nèi)壓力隨閥口開度的變化函數(shù)如下式（4）、（5），曲線（Qs1

由閥口開度引起供應(yīng)壓力的變化規(guī)律可以通過總結(jié)液壓缸口內(nèi)部壓力獲得:[4]

通過液壓缸的壓力降變?yōu)?

閥的壓力靈敏度，KPx定義為在液壓馬達(dá)壓力降相對于閥口開度的導(dǎo)數(shù)。通過對方程（9）在閥的零開位置求導(dǎo)，可以得到:[5]

對于本閥閥芯，伺服機(jī)構(gòu)的供應(yīng)壓力是:

所以，壓力靈敏度變?yōu)?

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)某品牌汽車的液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上進(jìn)行。所測動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)安裝在一個(gè)金屬結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺上，其具有活塞桿完全機(jī)械約束。該系統(tǒng)由外部液壓動力源提供恒定的流量，并且可以設(shè)定其流量值。壓力傳感器安裝在閥端口上，目的為了找出壓力的變化作為閥口開度的函數(shù)關(guān)系。用一個(gè)旋轉(zhuǎn)杠桿作為轉(zhuǎn)向放大閥開度，杠桿的位置是由螺紋調(diào)整。位移傳感器連接在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上可以測量從零開口開始的位移量。

不同流量值對應(yīng)的曲線如圖4所示，系統(tǒng)的最大工作壓力由安全閥設(shè)置為8MPa。通過對比理論和實(shí)驗(yàn)曲線，可以發(fā)現(xiàn)在壓力變化時(shí)的一些差異，這些可能是由于所假設(shè)的數(shù)學(xué)模型引起的。[6]

在分析初始假設(shè)引入的誤差時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩曲線之間的差異可能是由于測流口的開度引起流量系數(shù)變化所導(dǎo)致的。流量系數(shù)的變化主要取決于所研究的動力轉(zhuǎn)向。圖5是在供給公稱流量的情況下理論和實(shí)驗(yàn)曲線的比較。[7]

3、結(jié)論

流量閥壓力靈敏度是非常重要的，因?yàn)樗w現(xiàn)了液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的主要不確定量，處于穩(wěn)定性和精度之間。

本文能為帶有流量控制閥的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒（主要是液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)），為計(jì)算閥的參數(shù)和系數(shù)提供一個(gè)實(shí)用的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，本文提出用簡單的方法辨識流量控制閥的穩(wěn)態(tài)特性，可以供各個(gè)廠商在設(shè)計(jì)時(shí)使用。

[1] 周聰,肖建.汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].控制工程.2012(05):827-831.

[2] 劉亞輝,季學(xué)武.汽車動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可變助力特性的設(shè)計(jì)[J].汽車工程.2010(03):238-243.

[3] 劉俊,林貝清.電控全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中自鎖對中液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動.2011(10):85-87.

[4] 張楓念.動力轉(zhuǎn)向器性能計(jì)算的研究[J].傳動技術(shù).2007(01):9-13.

[5] 趙雙龍,許長華,魏超.滑閥穩(wěn)態(tài)液動力的計(jì)算和分析[J].火箭推進(jìn).2006(03):18-23.

[6] 張峰,畢大寧.轉(zhuǎn)閥式動力轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)閥刃口的計(jì)算與分析[J].汽車研究與開發(fā).1994(01):40-45.

[7] 曾迥立.動力轉(zhuǎn)向器閥油槽尺寸和分度誤差對壓力靜特性的影響[J].汽車科技.2005(02):20-22.

Study on Rotary Valves in the Hydraulic Steering System

Zhang Wenting
（School of Mechanical Engineering, Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000）

This paper studies the flow rotary valve steady state characteristics in the hydraulic steering system, designs the test bench, verifies the theoretical model of the valve, and determines the pressure sensitivity of the valve，presents a simple methodology for the steady-state identification of the flow control valves, used in the preliminary design stage by all the manufacturers.

Hydraulic steering;Rotary valve; Flow valve; Pressure sensitivity; Vehicle

U463.4

A

1671-7988(2015)07-99-03

張文亭，就職于陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，主要從事機(jī)電設(shè)備及其控制技術(shù)方面的教學(xué)與研究。