非圓周節流槽在叉車多路閥上的應用

謝建偉，劉怡辰，陳 寅，袁曉鵬，于 錦

(浙江華昌液壓機械有限公司，浙江 杭州 311305)

0 引 言

滑閥節流槽廣泛應用于液壓執行機構的多路閥閥芯中，其流量特性滿足執行機構在不同工況下的流量要求，進而控制執行元件的運動方向和速度[1-3]。同時，合理設計節流槽能使多路閥在換向過程中的流量特性平穩，減小壓力變動對多路閥以及執行元件的沖擊。國內外學者對節流槽過流面積的計算及閥口優化設計等方面都有很多研究[4-9]，對于叉車多路閥節流槽的設計分析并不多。然而，一般叉車節流槽的設計多依賴于設計者的經驗，為了能獲得符合實際工況的閥口，需不斷調整節流閥類型和結構尺寸，通過多次估算及樣件加工測試才能滿足要求，使得其工作效率低且設計成本普遍偏高。

本文將通過對常見叉車多路閥上節流槽的過流面積分析計算，采用仿真分析[10-11]，并與實際試驗多路閥微動特性項目壓力流量數據進行對比。

1 幾種叉車多路閥常見滑閥節流槽過流面積分析計算

非圓周開口滑閥閥口均布置了不同形狀的節流槽和其組合。節流槽滑閥閥口具有水力半徑大、抗阻塞性性能好、面積梯度容面積梯度容易控制、流量調節范圍寬等優點，可以通過合理配置節流槽，獲得豐富的多級閥口面積曲線，實施對流量的多級節流控制，滿足不同工況下叉車液壓執行機構對運動速度的要求。本文簡單分析3種叉車多路閥上常見節流槽。

1.1 U形節流槽

U形節流槽為圓柱形銑刀沿閥芯軸線方向旋轉切割閥芯凸肩而成，具有二級節流的典型特征，前半段為半圓槽，后半段為等截面流道。

U形節流槽閥口面積計算簡圖如圖1所示。

圖1 U形節流槽閥口面積計算簡圖

確定U形節流槽的閥口面積Au按兩個節流面A1和A2的串聯等效計算。

(1)流量方程:

(1)

(2)壓力方程:

Δp=Δp1+Δp2

(2)

由式(1，2)可得出：

(3)

取：Cd=Cd1=Cd2，則可得出U形槽的閥口面積為：

(4)

(5)

(6)

(7)

A2=2r(h-h1)+R2·β-(R-h1)r

(8)

式中：R—閥桿半徑；r—U形槽半徑；h—U形槽深度。

1.2 V形節流槽

V形節流槽為角度銑刀沿圓弧軌跡旋轉切割閥芯凸肩而成，面積與三角形極接近，V形節流槽閥口面積計算簡圖如圖2所示。

圖2 V形節流槽閥口面積計算簡圖

可用三角形面積來計算V槽的節流面積。

由此可得出：

(9)

式中：r—銑刀半徑；c—銑刀軸中心與閥桿半徑R相減而得；β—銑刀的道具夾角。

1.3 RL形節流槽

RL形節流槽為兩個小孔組合而成，RL形節流槽閥口面積計算簡圖如圖3所示。

圖3 RL形節流槽閥口面積計算簡圖

由圖3可得知，RL形節流槽的節流面積計算公式如下：

x0=xgsinα1

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

經參數賦值后，通過計算軟件計算可得出其過流面積與開啟位移之間的曲線關系，如圖4所示。

圖4 RL形節流槽過流面積與開啟位移關系

閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復0值。可見，該類型閥口節流槽適用于閥口對開啟閉合階段控制要求不高的閥口，一般用在叉車下降閥口處。

2 U形節流槽微動特性試驗數據及結果分析

在微動特性試驗規定：P→A(B)流量微動特性時，要求進油口通以公稱流量，將滑閥由中立緩慢移動到換向位置，同時保持A(B)油口加載負荷為公稱壓力的75%。本文設閥桿直徑19 mm、公稱流量120 L/min、公稱壓力20 MPa、出口負載15 MPa、出口水利直徑28 mm、閥桿行程8.1 mm，U形槽節流從閥桿行程1.9 mm到4.2 mm，4.2 mm到7.1 mm節流槽部位為U形節流槽與環形面共同作用，之后至8.1 mm節流槽部位由閥桿小徑與閥體組成的環形面。

U形節流槽特征參數決定了其過流面積為分段函數，運用軟件MathCAD計算得出過流面積A(x)如圖5所示。

圖5 U形節流槽過流面積

圖6 (q/Q)%與(x/X)%計算與仿真關系曲線

由圖6曲線關系可知：U形節流槽的過流面積在閥口開度小于節流槽圓弧半徑時，面積梯度變化較大，閥口開度大于節流槽圓弧半徑時，面積增長較緩，綜上圖示理論計算與仿真數值趨勢基本一致，只有在某個點上有些差異。

利用叉車多路閥試驗平臺來測試實際閥桿微動特性曲線，臺架結構如圖7所示。

圖7 微動特性試驗臺架1—位移傳感器；2—油缸；3—油缸固定架；4—微調機構；5—試驗閥；6—閥固定架

試驗中，各個工作口都配有壓力傳感器及流量傳感器，對其壓力和流量進行檢測，同時通過計算機實時記錄并繪制微動特性曲線，如圖8所示。

比較圖(6，8)可知：仿真與實際曲線基本趨勢一致，只是仿真參數在開口開啟段設置還需進一步的改善。

兩圖顯示：U形節流槽在閥口開度較小時，流量增長較大，閥口開度較大時，流量比較平穩，該特性有利于提高叉車液壓缸起動靈敏度和快速穩定性。

3 結束語

本文首先從理論分析了3種叉車多路閥普遍應用的閥口節流槽，通過理論計算可以得出：在同一寬度、深度、長度以及遮蓋量條件下計算3種節流槽過流面積，U形節流槽在閥口開度較小時(xr)，閥口面積增長較緩，一般用于叉車普通屬具換向聯中；V形節流槽閥口面積隨閥口開度增大呈線性增大趨勢，且V形槽截面形狀越大，其閥口面積增加梯度也越大，一般用于叉車起升過程中；RL形節流槽閥口初始開啟階段過流面積梯度為0，在開啟位移1 mm～3 mm處過流面積梯度最大，開啟位移超過3 mm后面積梯度恢復0值，一般用于叉車下降過程中。

再結合仿真分析U形節流槽曲線與理論計算曲線以及實際微動特性試驗曲線的對比，本文驗證了3

者趨勢的統一性，說明目前簡單節流槽基本可以通過理論計算與仿真分析來設計研究叉車多路閥節流槽微動特性曲線，大大減少了試制加工環節；對于微動特性要求較高的環境，可將不同形式和結構的節流槽相組合，設計出較為豐富的多級閥口面積曲線來控制流量特性，大大改善叉車多路閥閥芯的控制特性。

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