摘要:本文依據(jù)插裝閥閥杯與閥芯的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系，求出了插裝閥在不同開(kāi)度下過(guò)流面積的計(jì)算公式，并用MATLAB軟件繪制了過(guò)流面積曲線。

關(guān)鍵詞:插裝閥;過(guò)流面積;MATLAB;過(guò)流面積曲線

1引 言

恒力泰公司的YP系列壓磚機(jī)，大量使用自行設(shè)計(jì)的插裝閥，用作流量和方向的控制。分析插裝閥的過(guò)流面積曲線，對(duì)插裝閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用，也為插裝閥的流量計(jì)算打下基礎(chǔ)。

2插裝閥的介紹

2.1 25通徑插裝閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

25通徑插裝閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示 ，它由蓋板、閥杯、閥芯、調(diào)節(jié)螺桿和彈簧組成。

2.2 閥芯不同開(kāi)度下過(guò)流面積的分析

圖2為閥芯與閥杯間的過(guò)流面積及節(jié)流窗口過(guò)流面積的形成示意圖。閥芯開(kāi)度由零到最大行程變化時(shí)，閥芯與閥杯之間的幾何關(guān)系是不斷發(fā)生變化的，閥杯與閥芯間隙過(guò)流面積A1及節(jié)流窗口過(guò)流面積A2的計(jì)算公式也有所不同。

3不同開(kāi)度下過(guò)流面積的求解

閥杯閥芯間隙過(guò)流面積A1及節(jié)流窗口過(guò)流面積A2的大小與閥芯的開(kāi)度有關(guān)。閥芯開(kāi)度在零與最大行程10mm之間變化時(shí)，其過(guò)流面積應(yīng)當(dāng)分段計(jì)算，具體的計(jì)算過(guò)程如下:

(1) 當(dāng)閥芯開(kāi)度為0≤h≤0.5時(shí)

當(dāng)閥芯開(kāi)度為0≤h≤0.5時(shí)，閥芯與閥杯間的幾何關(guān)系如圖3所示。

根據(jù)閥杯閥芯的結(jié)構(gòu)尺寸，可求得過(guò)流面積

A=1.12h2+45.15h(0≤h≤0.31)(1)

A=14.33(0.31

(2) 當(dāng)閥芯開(kāi)度為(0.5

當(dāng)閥芯開(kāi)度為0.5

過(guò)流面積A的計(jì)算公式:

A=-0.09h2 +9.91h+9.198+0.07arcsin

+(6.12-1.88h(0.5

(3) 當(dāng)閥芯開(kāi)度為1

當(dāng)閥芯開(kāi)度為1

過(guò)流面積A的計(jì)算公式

A=2.08h2+12.27h+7.09(1

(4) 當(dāng)閥芯開(kāi)度為5.69

當(dāng)閥芯開(kāi)度為5.69

過(guò)流面積A的計(jì)算公式 :

A=54.57+80.4(5.69

(5) 當(dāng)閥芯開(kāi)度為(6.63

當(dāng)閥芯開(kāi)度為6.63

過(guò)流面積A的計(jì)算公式

A=1.11h2+26.35h-55.97(6.63

A=268.67(8.95

綜上所述，閥芯開(kāi)度在0≤h≤10變化時(shí)，過(guò)流面積A的計(jì)算公式如下:

A=1.12h2+45.15h(0≤h≤0.31)

A=14.33 (0.31

A=-0.09h2 +9.91h+9.198+0.07arcsin

+(6.12-1.8h) (0.5

A=2.08h2+12.27h+7.09(1

A=54.57+80.4(5.69

A=1.11h2+26.35h-55.97(6.63

A=268.67(8.95

本文的第三部分詳細(xì)求解了過(guò)流面積A與閥芯開(kāi)度h的函數(shù)關(guān)系，函數(shù)關(guān)系表達(dá)式準(zhǔn)確，但是對(duì)于不同的閥芯開(kāi)度，過(guò)流面積的值也不一樣，計(jì)算過(guò)程相當(dāng)繁瑣。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，并不要求在不同閥芯開(kāi)度下對(duì)應(yīng)的精確過(guò)流面積，而更關(guān)心的是在不同閥芯開(kāi)度下對(duì)應(yīng)的過(guò)流面積的變化趨勢(shì)和范圍，最好的表達(dá)方式就是通過(guò)圖形來(lái)表示過(guò)流面積與閥芯開(kāi)度之間的關(guān)系。圖形具有形象生動(dòng)、直觀、易讀等優(yōu)點(diǎn)，即使是非專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員也能夠讀懂其對(duì)應(yīng)關(guān)系。

MATLAB具有強(qiáng)大的圖像繪制功能，其編程簡(jiǎn)單，是繪制函數(shù)曲線的最佳選擇。根據(jù)過(guò)流面積與閥芯開(kāi)度的函數(shù)關(guān)系，編寫(xiě)了MATLAB的m文件curveplot.m，程序源代碼如下:

clear all

h=0:0.01:10;

%定義插裝閥閥芯行程:0<=h<=10

A(1001)=0;

for i=1:1:1001;

if i<=32

%定義第一段函數(shù)區(qū)間:0<=h<=0.31

A(i)= 1.12*h(i)^2+45.51*h(i);

elseif32

%定義第二段函數(shù)區(qū)間:0.31

A(i)=14.33;

else if 51

%定義第三段函數(shù)區(qū)間:0.5

A(i)=-0.09*h(i)^2+9.91*h(i)+9.18+0.07*asin

(sqrt(-0.22*h(i)^2+1.44*h(i)-1.34))+(6.12-

1.88*h(i))*sqrt(-0.22*h(i)^2+1.44*h(i)- 1.34);

elseif101

%定義第四段函數(shù)區(qū)間:1

A(i)= 2.08*h(i)^2+12.27*h(i)+7.09;

elseif570

%定義第五段函數(shù)區(qū)間:5.69

A(i)= 54.57*sqrt(h(i)^2-11*h(i)+31.53)+80.4;

elseif664

%定義第六段函數(shù)區(qū)間:6.63

A(i)= 1.11*h(i)^2+26.35*h(i)-55.97;

else%定義第七段函數(shù)區(qū)間:8.95

A(i)= 268.67;

end;

end;

plot(h，A)

在MATLAB運(yùn)行curveplot.m，就可以得到如圖8所示的插裝閥開(kāi)度與過(guò)流面積曲線的關(guān)系。

5小 結(jié)

從以上計(jì)算過(guò)程可知，插裝閥的過(guò)流面積與閥杯閥芯配面處的尺寸、閥杯A口處尺寸、閥芯節(jié)流端部及節(jié)流窗口的尺寸等有關(guān)。綜合考慮強(qiáng)度及加工工藝性等因素，可以設(shè)計(jì)出比較合理的插裝閥結(jié)構(gòu)。

在已經(jīng)調(diào)試好并投入使用的液壓系統(tǒng)中，插裝閥通常保持某一恒定的開(kāi)度，此時(shí)可以根據(jù)以上公式計(jì)算出其過(guò)流面積。如果能測(cè)出工作時(shí)插裝閥上下游的壓力差，便可以計(jì)算出插裝閥的流量。

參考文獻(xiàn)

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[3] 郭仁生.機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析和MATLAB應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)

出版社，2006.