非全周开口滑阀阀口面积快速计算方法

侯敏，王涛，彭彪

(三一汽车起重机械有限公司，湖南长沙416000)

非全周开口滑阀阀口具有水力半径大、抗阻塞性能好、阀口面积梯度易调节、流量控制范围宽等优点［1-3］，广泛应用于工程机械多路阀主控制阀芯、平衡阀主阀芯等液压阀中。滑阀上节流槽过流面积的设置直接影响主机的操控性能，如快速性、平稳性等［4］。

兰州理工大学冀宏教授等人对非全周开口滑阀典型节流槽特性及阀口面积计算方法做了大量的研究［3，5-7］，但目前未见关于滑阀阀口面积快速计算方法的相关文献。

工程技术人员设计阀芯节流槽时，需不断地调整阀芯节流槽的类型和结构尺寸，以获得理想的阀口面积曲线。为了提高工作效率，快速计算滑阀阀口面积至关重要。对于复杂滑阀阀口面积计算，如果采用编程的方法计算，则程序会非常复杂且易出错，工作效率也低下。以圆形孔阀口为例，阐述了非全周开口滑阀阀口面积的快速计算方法，此方法具有操作简便、不易出错的优点，对滑阀阀口面积计算和阀芯节流槽的设计具有显著的价值。

1 阀口面积计算公式推导

首先对单个节流槽阀口面积进行推导，其他形式节流槽阀口面积计算公式见文献 ［3，5］。圆形孔阀口面积计算简图如图1所示。

图1 圆形孔阀口面积计算简图

计算公式推导如下:

(1)当阀口开度0≤x≤x1时，阀口面积为:A=0

(2)当阀口开度x1＜x≤x1+r1时，阀口面积为:

(3)当阀口开度x1+r1＜x≤x1+2r1时，阀口面积为:

(4)当阀口开度x＞x1+2r1时，阀口面积为:A=π·r21

2 阀口面积通用计算程序编制

根据典型节流槽阀口面积计算公式，在数学软件MATLAB中编制典型节流槽阀口面积计算通用程序。圆形孔阀口面积计算程序如图2所示，改变程序中遮盖量x1和圆形孔半径r1的值可得任意直径圆形孔的阀口面积曲线。运行程序，计算遮盖量x1为2 mm、圆孔半径r1为0．5 mm的圆形孔阀口面积曲线，如图3所示。

图2 圆形孔节流槽阀口面积计算程序

图3 圆形孔阀口面积曲线

3 阀口面积快速计算步骤

图4 阀口面积计算实例

以复杂圆形孔阀口面积计算为例，如图4所示，来说明非全周开口滑阀阀口面积的快速计算方法及步骤:

(1)将程序中x计算步距统一设置为0．05 mm，要求精度更高时，可以设置得更小;

(2)将阀芯上每一种直径的孔或不同类型节流槽单独用程序计算，并将阀口面积计算数据从MATLAB-Workspace中导出至EXCEL中，如图5所示，5种不同直径的孔计算数据分别导出至EXCEL各列中;

图5 总阀口面积曲线

(3)将每种孔的面积相加即得到总阀口面积曲线;

(4)如阀芯过渡到全周开口，则在总的面积上加上全周开口面积即可。

4 结论

提出了使用MATLAB/EXCEL软件联合快速计算复杂非全周开口滑阀阀口面积的方法，此方法具有操作简便、不易出错的优点，提高了滑阀阀口面积计算速度和阀芯节流槽的设计速度，具有显著的价值。

【1】林建亚，何存兴．液压元件［M］．北京:机械工业出版社，1988．

【2】路甬祥，胡大纮．电液比例控制技术［M］．北京:机械工业出版社，1988．

【3】冀宏，王东升，丁大力，等．非全周开口滑阀阀口面积快速计算方法［J］．兰州理工大学学报，2008(6):48-51．

【4】冀宏，侯敏，王金林，等．液动多路阀主阀芯运动过程的实测［J］．机床与液压，2011，39(12):6-9．

【5】冀宏，傅新，杨华勇．几种典型液压阀口过流面积分析及计算［J］．机床与液压，2003(5):14-16．

【6】冀宏．液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究［D］．杭州:浙江大学，2004．

【7】冀宏，傅新，杨华勇．非全周开口滑阀稳态液动力研究［J］．机械工程学报，2003(6):13-17．