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微型电-液比例先导阀的结构与参数
广州机床研究所张俊

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微型电液比例先导阀具有体积小、重量轻、成本低、性能好等优点，作为先导阀可与二级溢流阀、减压阀组成比例溢流阀、比例减压阀，也可以单独使用，控制小流量系统压力。 1微型电—液比例先导阀的结构目前，国内外常用的电液比例先导阀的结构有如下几种，如图1、图2、图3所示。（图片）图1 图1中，微型电—液比例先导阀的结构采用的是针阀副结构。其特点是针阀利用阀体孔的导向，阀座轴向可调，同时调整比例电磁铁的弹簧预紧力可以改变电磁场的输出力─行程特性，这些特点便于调试时将阀调至最佳的工作点上。德国Rexroth公司生产的DBE型电液比例先导阀采用此种结构，该结构的加工及装配工艺性较好。（图片）图2 图2中，微型电—液比例先导阀的结构与传统的针阀副结构不同，油液的作用面积为两个同心孔的面积差，电磁力与作用在此面积差上的液压力相平衡。因为面积差可以设计得比较小，故电磁场力可减小，比例电磁铁的尺寸可缩小。但针阀和阀座的几何形状及尺寸公差要求较高，故工艺性稍差。日本YuKen公司生产的EDG-01型电液比例先导阀就是此种结构。（图片）图3 图3中，微型电—液比例先导阀的结构是采用的喷咀挡板式结构。因微型电—液比例阀比例电磁铁的输出力要比伺服阀的力矩马达输出力大得多，故喷咀直径可以选得足够大，因而通流面积大，阀的抗污染能力好，喷咀挡板的使用寿命也优于针阀副结构。美国Vickers公司生产的ECG-02型电液比例先导阀就采用了喷咀挡板式结构。针对上述几种微型电—液先导阀的结构特点，广州机床研究所于80年代研制、生产了BY-※6B型微型电液比例先导阀，见图4。该阀结构采用喷咀挡板结构，由于选用了直径较大的喷咀，增大了通流面积，克服了伺服阀抗污染能力差的缺点，提高了该阀的性能和使用寿命。比例电磁铁的工作点可以用喷咀的垫片来调整，线圈的装拆更换容易、尺寸小、重量轻。（图片）图4 2主要参数的计算（1）比例电磁铁的最大输出力电磁铁的最大输出力与电磁铁的行程、结构型式和对输出力—行程特性的要求等有关。通常输出力的大小与线圈的安匝数成正比，结构型式相同的电磁铁输出力大，其外形轮廓尺寸也较大。电磁铁的输出力F和喷咀面积A与输出压力p的乘积相平衡，即 F=pA （1）电磁力大，A可以选大值，即喷咀尺寸可较大，从而可减少阀对油液污染的敏感性。但电磁力过大，比例电磁铁的尺寸相应增大，这不仅增加了阀的体积和重量，也影响了阀的动态特性。通常取F=45N。（2）喷咀直径作用于挡板上的液动力FL FL=(p+ρv²/2)A 其中：（图片） FL=p(1+16C²_dfx²/D²)A 式中：Q─通过喷咀的流量； p─输出压力； ρ─油液的密度； Cdf─喷咀的流量系数； x─喷咀与挡板之间的间隙； D─喷咀的直径； A─喷咀的面积。式（3）中，当x/D较小时，液流速度引起的作用力很小，可以近似为FL≈pA=F，即（图片）在电液比例阀中，为了提高抗干扰能力并使阀的输出压力稳定，通常希望电磁铁的输出特性为：dF/dx＜0，也就是希望随着电磁铁位移的增加，输出力要减少。为了便于调整电磁铁输出力的特性，采用在电磁铁的推杆后端，附加一弹簧，因此电磁铁在工作点的输出力要小于该电磁铁的最大推力。现设电磁铁的最大推力为45N，而工作点取在36N附近，喷咀直径计算结果见表1。表1 （图片）（3）喷咀与挡板间的开度x 喷咀与挡板间的开度x按下式计算：（图片）当x/D＜0.32时，（图片）式中：ρ─油液的密度，此处取ρ=9×10^-2Pa.s²； p─工作压力，Pa； p0──回油口压力，Pa。（图片）当通过喷咀的流量为单位流量（Q=1L/min）时，在最高使用压力（pmax）下，喷咀与挡板的开度x按式（7）计算结果如表2。表2 （图片）起始工作（pmin）时喷咀与挡板的开度x0见表3。表3 （图片）从上述计算结果可知，当通过喷咀的流量为单位流量，即Q=1L/min时，喷咀与挡板的开度x在0.02～0.11mm范围内变化。此外，为了保证喷咀挡板对压力的控制作用，开度x必须限制在一定范围内，以防止喷咀通道流量饱和。x须满足πDxmax≤πD²/4即xmax≤D/4 并最好做到：xmax≤D/(8～16) 经验算，所选用的x值满足式（9）（4）比例电磁铁的主要参数计算 ①铁芯直径dt （图片）式中：F=45N； da─铁芯推杆直径，da=0.5cm； Ba─气隙磁感应强度，Ba=78×10^-2T； ∴dt≈1.6cm。 ②挡铁外座直径d2 （图片）式中：S─挡铁环形面积，S=1.267cm2； ∴d2=2.04cm，取d2=2.2cm。 ③激磁安匝数N1 N1=11400Ba.υ.δn 式中：υ─气隙系数，υ=0.4； δn──电磁铁工作行程，δn=0.25cm。 ∴N1=890安匝 ④铜线直径d （图片）式中：λ─导线电阻系数， λ=2.2×10^-4Ω.cm/m； bs─线圈宽度， bs=0.5cm； E─直流额定电压，E=22V。 ∴d=0.031cm ⑤线圈匝数N N=bsLs/d0² 式中：Ls─线圈长度， Ls=3.2cm； d0─漆包线外径，d0=0.036cm。 ∴N=1235匝 3性能参数和输出特性性能参数见表4。输出特性见图5。表4 （图片）（图片）图5 参考文献［1］王春行主编．液压伺服控制系统．机械工业出版社，1987 ［2］雷天觉主编．液压工程手册．1990.4 ［3］电液比例控制技术．机械工业出版社，1988 ［4］广州机床研究所．比例阀样本 1/8/2007


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