行業動態

ST HYDRAULIC

  

1.2 高速開關閥閥體結構優化與創新

高速開關閥常用的閥芯結構為球閥式和錐閥式。浙江大學周盛研究了不同閥芯閥體結構液動力的影響及補償方法。通過對閥口射流流場進行試驗研究,對流場內氣穴現象及壓力分布進行觀測和測量。美國BKM公司與貴州紅林機械有限公司合作研發生產了一種螺紋插裝式的高速開關閥(HSV),使用球閥結構,通過液壓力實現銜鐵的復位,避免彈簧復位時由于疲勞帶來復位失效的影響。推桿與分離銷可以調節球閥開度,且具有自動對中功能。該閥采用脈寬調制信號(占空比為20%~80%)控制,壓力最高可達20MPa,流量為2~9L/min,啟閉時間≤3.5ms。該高速開關閥代表了國內產業化高速開關閥的先進水平,如圖4所示。

美國Caterpillar公司研發了一款錐閥式高速開關閥,如圖5所示。該閥的閥芯設計為中空結構,降低了運動質量,提高了響應速度與加速度。其將復位彈簧從銜鐵位置移動至閥芯中間部位,使得閥芯在尾部受到電磁力,中間部位受到彈簧回復力,在運動過程中更加穩定。但是此設計使得閥芯前后座有較高的同軸度要求,初始氣隙與閥芯行程調節較難,加工難度高,制造成本大。該閥開啟、關閉時間為1ms左右,目前已經在電控燃油噴射系統中得到運用。美國Sturman Industries公司開發了基于數字閥的電噴系統,其系統所用高速開關閥最小響應時間可達0.15ms。

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4 貴州紅林HSV高速開關閥Fig.4 HSV high-speed on/off valve

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5 Caterpillar公司的錐閥式高速開關閥Fig.5 Poppet high-speed on/off valve of Caterpillar

除了采用傳統結構的高速開關閥,新型的數字閥結構也是研究的重點。明尼蘇達大學(University of Minnesota)設計了一種通過PWM信號控制的高速開關轉閥,如圖6所示。該閥的閥芯表面呈螺旋形,PWM信號與閥芯的轉速成比例。傳統直線運動閥芯運動需要克服閥芯慣性而造成的電機械轉換器功率較大,而該閥的驅動功率與閥芯行程無關。從實驗結果可知,在試驗壓力小于10 MPa的情況下,該閥流量可以達到40L/min,頻響100Hz,驅動功率30 W。

浙江工業大學在2D電液數字換向閥方面展開研究,如圖7所示。其利用三位四通2D數字伺服閥,在閥套的內表面對稱的開一對螺旋槽。通過低壓孔、高壓孔與螺旋槽構成的面積,推動閥芯左右移動。步進電機通過傳動機構驅動閥芯在一定的角度范圍內轉動。該閥利用旋轉電磁鐵和撥桿撥叉機構驅動閥芯作旋轉運動;由油液壓力差推動閥芯作軸向移動,實現閥口的高速開啟與關閉。當用旋轉電磁鐵驅動時,在28 MPa工作壓力下,閥芯軸向行程為0.8mm,開啟時間約為18ms,6mm通徑閥流量高達60L/min。

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6 高速開關轉閥Fig.6 High-speed rotary on/off valve

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7 2D電液數字換向閥原理Fig.7 Schematic diagram of 2Ddigital valve

(文章轉自液壓那些事)


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