关于比例排量阀和恒功率阀的阀口设计改进技术分析及试验效果

孟整华，焦春，张守峰，陶祥玉

(山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马043003)

为实现径向柱塞泵的电液比例排量控制及恒功率控制，某学院参考国外BOSCH 公司的两种阀的基本结构原理，设计了比例排量阀和恒功率阀，并由某工厂研制、试验。

某公司在试制过程中不断改进工艺、精细工艺、攻克加工难点、提高制造精度，在产品的主要部位、关键尺寸基本满足设计要求的前提下，产品性能仍不理想。该学院老师不断对阀口加以改进，产品试验特性有所改善。现将有关阀口设计改进情况、实验效果予以分析，明确主攻关方向。

1 原始阀口设计

原始设计见图1。

图1 原始阀口设计图

阀口“O”位为进液口正遮盖0.3 mm(图1 示点A)，阀口点B 正遮盖0.3 mm。此种阀口设计，试验时阀不能工作，除在初期研制时，由于液压器件分厂条件有限，加工阀孔精度、拨叉精度达不到设计要求的工艺因素外，对该问题分析如下:

(1)阀芯装配在正确“O”位时，径向柱塞泵的大控制柱塞腔进液被0.3 mm 遮盖阻断，径向泵运转后靠小控制柱塞推动定子，带动阀芯向左运动，大控制柱塞腔才能进液，并将定子推到最大偏心处。

(2)比例电磁铁加电流，拨叉带动阀芯向右运动0.6 mm 时，阀口点B 才能进入工作状态，此时大控制柱塞腔进液又被阻断，形不成连续液流，因此阀不能正常工作。

2 第一次改进设计

由该学院老师进行的第一次改进设计见图2。

图2 第一次改进后阀口设计图

(1)此改进设计为典型的B 型液压半桥，增加一个回液阻尼，见图3。

图3 第一次改进后设计简图

R1为B－ B 截面阻尼，R2为阀口可变阻尼，R3为A－A 截面回液阻尼，由于阀口工作行程很小，故R3可以认为是一个固定阻尼。

(2)改进设计的比例排量阀、恒功率阀均可以实际变量，但变量范围小，比例排量阀只能相当于总排量的1/2，恒功率阀实验特性曲线看不出折线。

3 第二次改进设计以及实验效果

第二次改进，该学院老师的意见是增大阻尼R1，B－B 截面尺寸由11.8 mm 改为11.9 mm。由于在已有阀芯上无法实现，故改为减小阻尼R3，在A－A 截面11.8 mm 尺寸垂直位置再加11.8 mm 两个扁面。

第二次改进试验结果是:比例排量阀排量变化范围增大，约为全排量的2/3，恒功率阀功率控制范围16 ～23 kW，能看出折线的转折点，但是实验特性曲线线性不够好，变量范围仍不理想。

4 第三次改进方案及对改进方案的分析

(1)方案1:增大阻尼R1，图2 中B－B 截面由11.8 mm 改为11.9 mm，减小阻尼R3，图2 中A－A截面由11.8 mm 改为11.5 mm。

(2)方案2:采用A 型半桥结构，改进设计见图4、5。

图4 第三次改进设计图

图5 第三次改进设计简图

(3)A 型半桥方案及简要分析

设阀口两侧预开度均为y0=0.5，位于阀套三角槽中部(由于R3流通面积远大于R2流通面积，暂忽略其影响)。

当阀芯位移为y 时，从大控制柱塞流出流量Q2增加流过阻尼R1的Q1减少，大控制柱塞腔实际流出量为:Q=Q2－Q1

注:三角形阀口过流面积表达式应为:A(y)=ny2tanβ，上式中使用的是面积增益2nytanβ。

流量增益Kqo:

压力增益Kpo:

流量－压力系数Kco

(4)对B 型液压半桥简要分析

根据B 型液压半桥有关理论，B 型液压半桥的增益为A 型半桥的一半，即:

(5)对第三次改进方案的综合评价

第三次改进方案1 仍为B 型半桥，按第二次改进实验效果，可以认为将进一步向好的方向转化，扩大变量范围。

第三次改进方案2 为A 型半桥，流量增益比B型半桥大一倍，回路速度增益也大一倍，压力增益提高一倍，表示灵敏度将提高，回路的力增益也提高一倍。

但是，由于从B 型改为A 型，系统变动力度较大，A 型半桥是否与该系统匹配，有待实验证明。

5 结束语

为了尽早突破比例排量阀、恒功率阀的技术难关，建议采用第三次改进的两种阀芯试制方案，然后与第二次改进方案已试阀配套进行试验。尽快成功实现比例排量阀、恒功率阀试验，弥补国内市场的缺憾。

【1】机械工程手册编辑委员.机械工程手册:第5 卷［M］.北京:机械工业出版社，1983.

【2】贺正辉.液压流体力学［M］.太原:太原工学院液压传动教研室，1980.

【3】雷天觉.液压工程手册［M］.北京:机械工业出版社，1990.