液壓轉向系統中轉閥的研究

張文亭

（陜西工業職業技術學院機械工程學院，陜西 咸陽 712000）

液壓轉向系統中轉閥的研究

張文亭

（陜西工業職業技術學院機械工程學院，陜西 咸陽 712000）

本文主要研究了液壓轉向系統中流量轉閥的穩態特性，設計了測試實驗臺，驗證了該閥的理論模型，分析確定了閥的壓力靈敏度，并通過測試某品牌汽車轉向系統的流量轉閥獲得實驗過程和結果，可以供廠商借鑒使用。

液壓轉向；轉閥；流量閥；壓力靈敏度；車輛

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-99-03

引言

流量控制閥穩態特性的研究與整個系統動力學有關，比如轉向系統。從控制理論的角度來講，液壓閥的主要非線性是指流量-開口的穩態特性。建立閥口系數的適當值是在液壓控制系統動力學方法中最重要的一步。[1]

本文的研究對驗證動力轉向系統流量閥的幾何和設計參數是一個有用的參考。另外，還為在閥的設計和動力轉向系統設計中某些參數的計算提供了一個可靠的數學模型。

1、理論方法

為了確定流量轉閥的壓力敏感性創建了一個模型如圖1所示，由于轉閥過于復雜，因此采取一定假設:

（1）通往液壓缸的管口被關閉（或活塞桿被鎖定）；

（2）測流口對應閥的測流口被減少為一個單一的等效孔口；

（3）閥芯和閥體之間的相對角位移轉換成直線位移，在兩個部件之間的接觸直徑上測量；

（4）當閥口開度較小時（在負遮蓋運行區內），通流面積的變化與閥口的開度呈線性；

（5）等效孔口流量系數是常數。【2】

圖2所示是流量閥的等效計算圖。考慮以上假設，并認為是穩定供應的流量閥，可以寫出下面的方程:

Qm-是供給液壓缸的流量（零流量）；Qs-連續供應的流量；cd-等效測流孔的流量系數；bI-在負遮蓋運行區內的面積梯度；U-閥的負遮蓋；x-閥口的開度；ps-閥內壓力；pA-A缸口壓力；pB-B缸口壓力；ρ-流體密度。[3]

結合上述兩個方程，并考慮到的基本關系，可得:

可以找出液壓缸腔內壓力隨閥口開度的變化函數如下式（4）、（5），曲線（Qs1

由閥口開度引起供應壓力的變化規律可以通過總結液壓缸口內部壓力獲得:[4]

通過液壓缸的壓力降變為:

閥的壓力靈敏度，KPx定義為在液壓馬達壓力降相對于閥口開度的導數。通過對方程（9）在閥的零開位置求導，可以得到:[5]

對于本閥閥芯，伺服機構的供應壓力是:

所以，壓力靈敏度變為:

2、實驗結果

實驗是在一個某品牌汽車的液壓動力轉向系統上進行。所測動力轉向系統安裝在一個金屬結構實驗臺上，其具有活塞桿完全機械約束。該系統由外部液壓動力源提供恒定的流量，并且可以設定其流量值。壓力傳感器安裝在閥端口上，目的為了找出壓力的變化作為閥口開度的函數關系。用一個旋轉杠桿作為轉向放大閥開度，杠桿的位置是由螺紋調整。位移傳感器連接在數據采集系統上可以測量從零開口開始的位移量。

不同流量值對應的曲線如圖4所示，系統的最大工作壓力由安全閥設置為8MPa。通過對比理論和實驗曲線，可以發現在壓力變化時的一些差異，這些可能是由于所假設的數學模型引起的。[6]

在分析初始假設引入的誤差時，結果發現，兩曲線之間的差異可能是由于測流口的開度引起流量系數變化所導致的。流量系數的變化主要取決于所研究的動力轉向。圖5是在供給公稱流量的情況下理論和實驗曲線的比較。[7]

3、結論

流量閥壓力靈敏度是非常重要的，因為它體現了液壓控制系統設計中的主要不確定量，處于穩定性和精度之間。

本文能為帶有流量控制閥的液壓系統的設計提供一定的借鑒（主要是液壓動力轉向系統），為計算閥的參數和系數提供一個實用的數學模型。同時，本文提出用簡單的方法辨識流量控制閥的穩態特性，可以供各個廠商在設計時使用。

[1] 周聰,肖建.汽車線控轉向系統的研究現狀與發展[J].控制工程.2012(05):827-831.

[2] 劉亞輝,季學武.汽車動力轉向系統可變助力特性的設計[J].汽車工程.2010(03):238-243.

[3] 劉俊,林貝清.電控全液壓轉向系統中自鎖對中液壓缸的結構設計[J].液壓與氣動.2011(10):85-87.

[4] 張楓念.動力轉向器性能計算的研究[J].傳動技術.2007(01):9-13.

[5] 趙雙龍,許長華,魏超.滑閥穩態液動力的計算和分析[J].火箭推進.2006(03):18-23.

[6] 張峰,畢大寧.轉閥式動力轉向器轉閥刃口的計算與分析[J].汽車研究與開發.1994(01):40-45.

[7] 曾迥立.動力轉向器閥油槽尺寸和分度誤差對壓力靜特性的影響[J].汽車科技.2005(02):20-22.

Study on Rotary Valves in the Hydraulic Steering System

Zhang Wenting
（School of Mechanical Engineering, Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000）

This paper studies the flow rotary valve steady state characteristics in the hydraulic steering system, designs the test bench, verifies the theoretical model of the valve, and determines the pressure sensitivity of the valve，presents a simple methodology for the steady-state identification of the flow control valves, used in the preliminary design stage by all the manufacturers.

Hydraulic steering;Rotary valve; Flow valve; Pressure sensitivity; Vehicle

U463.4

A

1671-7988(2015)07-99-03

張文亭，就職于陜西工業職業技術學院機械工程學院，主要從事機電設備及其控制技術方面的教學與研究。