非全周開口滑閥閥口面積快速計算方法

侯敏，王濤，彭彪

(三一汽車起重機械有限公司，湖南長沙416000)

非全周開口滑閥閥口具有水力半徑大、抗阻塞性能好、閥口面積梯度易調節、流量控制范圍寬等優點［1-3］，廣泛應用于工程機械多路閥主控制閥芯、平衡閥主閥芯等液壓閥中?；y上節流槽過流面積的設置直接影響主機的操控性能，如快速性、平穩性等［4］。

蘭州理工大學冀宏教授等人對非全周開口滑閥典型節流槽特性及閥口面積計算方法做了大量的研究［3，5-7］，但目前未見關于滑閥閥口面積快速計算方法的相關文獻。

工程技術人員設計閥芯節流槽時，需不斷地調整閥芯節流槽的類型和結構尺寸，以獲得理想的閥口面積曲線。為了提高工作效率，快速計算滑閥閥口面積至關重要。對于復雜滑閥閥口面積計算，如果采用編程的方法計算，則程序會非常復雜且易出錯，工作效率也低下。以圓形孔閥口為例，闡述了非全周開口滑閥閥口面積的快速計算方法，此方法具有操作簡便、不易出錯的優點，對滑閥閥口面積計算和閥芯節流槽的設計具有顯著的價值。

1 閥口面積計算公式推導

首先對單個節流槽閥口面積進行推導，其他形式節流槽閥口面積計算公式見文獻 ［3，5］。圓形孔閥口面積計算簡圖如圖1所示。

圖1 圓形孔閥口面積計算簡圖

計算公式推導如下:

(1)當閥口開度0≤x≤x1時，閥口面積為:A=0

(2)當閥口開度x1＜x≤x1+r1時，閥口面積為:

(3)當閥口開度x1+r1＜x≤x1+2r1時，閥口面積為:

(4)當閥口開度x＞x1+2r1時，閥口面積為:A=π·r21

2 閥口面積通用計算程序編制

根據典型節流槽閥口面積計算公式，在數學軟件MATLAB中編制典型節流槽閥口面積計算通用程序。圓形孔閥口面積計算程序如圖2所示，改變程序中遮蓋量x1和圓形孔半徑r1的值可得任意直徑圓形孔的閥口面積曲線。運行程序，計算遮蓋量x1為2 mm、圓孔半徑r1為0．5 mm的圓形孔閥口面積曲線，如圖3所示。

圖2 圓形孔節流槽閥口面積計算程序

圖3 圓形孔閥口面積曲線

3 閥口面積快速計算步驟

圖4 閥口面積計算實例

以復雜圓形孔閥口面積計算為例，如圖4所示，來說明非全周開口滑閥閥口面積的快速計算方法及步驟:

(1)將程序中x計算步距統一設置為0．05 mm，要求精度更高時，可以設置得更小;

(2)將閥芯上每一種直徑的孔或不同類型節流槽單獨用程序計算，并將閥口面積計算數據從MATLAB-Workspace中導出至EXCEL中，如圖5所示，5種不同直徑的孔計算數據分別導出至EXCEL各列中;

圖5 總閥口面積曲線

(3)將每種孔的面積相加即得到總閥口面積曲線;

(4)如閥芯過渡到全周開口，則在總的面積上加上全周開口面積即可。

4 結論

提出了使用MATLAB/EXCEL軟件聯合快速計算復雜非全周開口滑閥閥口面積的方法，此方法具有操作簡便、不易出錯的優點，提高了滑閥閥口面積計算速度和閥芯節流槽的設計速度，具有顯著的價值。

【1】林建亞，何存興．液壓元件［M］．北京:機械工業出版社，1988．

【2】路甬祥，胡大纮．電液比例控制技術［M］．北京:機械工業出版社，1988．

【3】冀宏，王東升，丁大力，等．非全周開口滑閥閥口面積快速計算方法［J］．蘭州理工大學學報，2008(6):48-51．

【4】冀宏，侯敏，王金林，等．液動多路閥主閥芯運動過程的實測［J］．機床與液壓，2011，39(12):6-9．

【5】冀宏，傅新，楊華勇．幾種典型液壓閥口過流面積分析及計算［J］．機床與液壓，2003(5):14-16．

【6】冀宏．液壓閥芯節流槽氣穴噪聲特性的研究［D］．杭州:浙江大學，2004．

【7】冀宏，傅新，楊華勇．非全周開口滑閥穩態液動力研究［J］．機械工程學報，2003(6):13-17．