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      PQ10型比例壓力流量復合閥的設計計算

      2018-08-30 09:34:20
      裝備制造技術 2018年7期
      關鍵詞:主閥節(jié)流閥電磁鐵

      賀 軍

      (包鋼鋼聯(lián)股份有限公司鋼管公司,內(nèi)蒙古 包頭014010)

      PQ閥是通過改進閥內(nèi)設計,將壓力控制和流量控制有機地結(jié)合在同一閥塊內(nèi),即將比例溢流閥和比例節(jié)流閥組合成一個復合閥,既可對系統(tǒng)壓力進行比例調(diào)節(jié),又可對輸出流量進行比例控制,當然,兩種參數(shù)的比例調(diào)節(jié)是在不同工況下實現(xiàn)的。比例溢流閥的主閥同時在復合閥中兼作三通壓力補償器,為比例節(jié)流閥進行壓力補償,從而獲得較穩(wěn)定的流量。它以很小的壓差追蹤負荷壓力,控制泵壓力,消耗電力小,是節(jié)能式進口節(jié)流控制流量閥,本文以PQ10-20/140-125為例進行闡述,其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

      圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

      1 P Q閥工作原理

      如圖1所示,當比例電磁鐵7、14斷電時,節(jié)流閥芯16在壓力彈簧18的作用下處于關閉位置,沒有流量流向A腔,P腔壓力油全部從壓力控制閥芯4的錐口處流到T腔,此時系統(tǒng)只有低壓的溢流損失,而沒有節(jié)流能耗。當系統(tǒng)處于調(diào)節(jié)流量工況時,分別給比例壓力先導閥的電磁鐵7和比例節(jié)流閥的電磁鐵14輸入一恒定的額定電信號,比例電磁鐵14為行程控制型比例電磁鐵,其工作行程比較長,對應不同的電信號,銜鐵產(chǎn)生相應的位移,從而使節(jié)流閥芯移動產(chǎn)生相應的開口量,壓力油通過節(jié)流口從P腔流到A腔,同時,A腔的壓力油同過通道17,阻尼孔19作用在壓力閥芯4的上端并經(jīng)阻尼孔15、通道13、阻尼孔12分別作用在比例先導閥和安全閥的錐閥芯上。當系統(tǒng)壓力在低于比例壓力先導閥的額定壓力范圍變化時,比例壓力先導閥芯10處于關閉狀態(tài)。此時,PQ閥的比例壓力閥在此工況下只起限壓閥作用。壓力閥芯的上下腔有效作用面積一致,假設壓力閥芯有效作用面積為S,P腔壓力為PP,A腔壓力為PA,壓力彈簧3剛度和初始壓縮量分別為K、X0.在忽略摩擦力、液動力的情況下描述如下:

      (PP-PA)·S<K·X 的情況下為壓力閥芯的關閉狀態(tài)。

      (PP-PA)·S<K·X 或者(PP-PA)·S = K·(X+X0)的狀態(tài)下為壓力閥芯的工作狀態(tài)。一部分壓力油通過壓力閥芯從T腔流回油箱,該工作原理與普通的流量閥回路中設置的溢流閥的作用相同,主閥的前后壓差為:

      (PP-PA)= K·(X+X0)/S

      因為X0遠大于X,所以

      (PP-PA)= K·X0/S = 常數(shù)……(0.5~0.7 MPa)

      因此,負載壓力PA升高或降低時,壓力控制閥芯的上腔壓力隨著上升或下降,溢流閥口隨著關小或開大,系統(tǒng)壓力PP也著上升或下降,從而保證節(jié)流閥口的前后壓差基本不變,因而通過節(jié)流閥口的流量不變。而且,因為PP根據(jù)負載壓力PA而決定,不會形成不必要的泵輸出壓力,能夠把無功能量控制到最小。

      當系統(tǒng)進入保壓工況時,一方面給比例節(jié)流閥輸入一個保證它有一固定閥口開度的電信號,另一方面,若在此時調(diào)節(jié)比例壓力先導閥的輸入電信號,就可得與之成比例的系統(tǒng)保壓壓力,在此工況,復合閥具有比例溢流閥的控制功能。

      2 設計計算

      2.1 設計要求

      (1)圖形符號

      設計的機能符號如圖2所示。

      圖2 機能符號

      (2)技術參數(shù)

      設計產(chǎn)品的技術參數(shù)如表1所列。

      表1 產(chǎn)品性能指標[1]

      2.2 幾何尺寸的確定[2]

      (1)安裝面尺寸:參照GB8098《板式液壓流量控制閥安裝面》規(guī)定的16通徑連接尺寸并參照國外樣機選取。

      (2)進出油口直徑d:

      式中:

      Qg=公稱流量,取Qg=125 L/min;

      Vg=進出口油液流速,取Vg=6 m/s

      代入上式得:

      取d=2.3 cm.

      2.3 溢流閥主閥結(jié)構(gòu)尺寸

      溢流閥主閥結(jié)構(gòu)尺寸,如圖3所示。

      圖3 主閥結(jié)構(gòu)圖

      (1)相關尺寸確定如下(表2):

      表2 尺寸確定(單位cm)

      (2)壓力閥芯、壓力閥套閥口處錐角半角α1、α2

      壓力閥芯錐角半角α1=46°

      壓力閥套閥口處錐角半角α2=43°

      (3)導閥芯錐角半角α3

      導閥過流面積和錐閥的接觸應力大小與α2值有關。α3值小,過流面積和接觸應力大。根據(jù)經(jīng)驗取α3=20.5°.

      (4)導閥座孔徑 d2、d3

      與導閥芯相配合的導閥座孔徑d2的大小對調(diào)壓彈簧的剛度及比例電磁鐵的輸出力有較大影響,導閥座前端的的小孔d3主要起起適當?shù)淖枘嶙饔?,能消除尖叫和振動。根?jù)經(jīng)驗取d2=0.19 cm,d3=0.13 cm.

      2.4 靜態(tài)特性分析計算

      (1)在最高調(diào)定壓力P1maX下,主閥芯的額定開口量X10:

      根據(jù)節(jié)流公式:

      式中:C1=主閥閥口流量系數(shù),取C1=0.8

      Qg= 公稱流量,Qg=125(L/min)

      α1=主閥芯閥口處錐角半角,α1=46°

      D2=主閥套孔徑,D1=1.65 cm

      γ=油液重度,γ=9.03×10-3N/cm3

      P1max=公稱壓力值,P1max=14 MPa

      代入式中,整理后得:

      (2)卸荷時主閥芯的開口量X1x

      根據(jù)節(jié)流方程:

      將各值 Qg=125(L/min),α1=46°,D2=1.65(cm),[P1x]=0.4(MPa)

      代入上式得:

      在本次調(diào)查期間,參與口語報告檢測的學生共有45名,其中學習質(zhì)量相對較好、學習質(zhì)量中等、學困生各15名。

      L1>X1x=0.24

      液壓卡緊阻力Fk:

      式中:f為摩擦系數(shù),取0.08;

      λk為液壓卡緊系數(shù),取λk=0.027;

      ΔPAB為節(jié)流閥節(jié)流口前后壓力差,取ΔPAB=0.3 MPa;

      PA為節(jié)流閥節(jié)流口之后壓力。

      3 溢流閥主閥彈簧設計驗算

      忽略液動力和閥芯重力,穩(wěn)態(tài)閥芯受力平衡方程為:

      液壓卡緊摩擦力:FK=6.8 N

      ΔPPA為彈簧兩端壓差,ΔPPA=0.3 MPa

      A3為閥芯上下腔有效作用面積mm2,A3=466 mm2;Ft為彈簧力(N);P1′為彈簧剛度(N/mm);x0為彈簧預壓量(mm).根據(jù)經(jīng)驗取 P1′=12.5 N/mm,x0=10.5 mm,其余參數(shù)見下表3.

      ΔPPA·A3=Ft+FK

      其中,彈簧力

      表3 產(chǎn)品參數(shù)

      流量變化率、相對流量變化率:

      工況:比例節(jié)流閥全開,泵輸出流量為1.15倍的閥公稱流量,系統(tǒng)壓力在工作范圍內(nèi)變化.

      基本方程式:

      令:PT=0,F(xiàn)K=0

      將以上四式變換,使Q1成為比例溢流閥主閥口開度δT的函數(shù),給定一個δT的值,便可求出相應的Q1、QT、PP、PA……等值。

      流量變化率:

      出口壓力變化時相對流量變化率:

      計算結(jié)果見表4.

      表4 計算結(jié)果

      4 結(jié)束語

      隨著冶金軋鋼機械行業(yè)的迅猛發(fā)展,液壓系統(tǒng)的節(jié)能技術得到了進一步提高。一種新型三通比例流量閥——比例壓力流量復合閥(簡稱PQ閥)在冶金軋鋼機械系統(tǒng)中得到了廣泛應用。但是基本上都是進口元件,國內(nèi)尚無批量生產(chǎn)。按照行業(yè)和市場要求開發(fā)PQ10型比例壓力流量復合閥。

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