液压滑阀卡紧力

一、液压滑阀中液压卡紧力的计算与分 析的研究现状
现在世界范围内对液压卡紧力的研究主要集中在一下几个方面：
1.开均压槽，抵消液压卡紧力。国外的许多知名公司取消了在柱塞副中开均压槽的 做法，如Rexroth公司等。但这并不能说明柱塞副中液压卡紧力的危害不大。这些知 名公司的零件加工精度极高，柱塞与缸孔的锥度可以说是微乎其微，其液压卡紧力 相当的小，已不足以影响其性能和寿命，因而采取了这种降低成本的做法。 2. 利用柱体的锥度来获得对中力。凡是流向固定不变的圆柱滑动副，均可采用锥 度来获得对中力，这样滑动副的摩擦力能减得很小。在某些情况下，我们也可在结 构上采取措施，使流向要改变的滑动副始终产生对中力，成为低摩擦滑动副。这种 结构方案的油缸活塞滑动副已成功地应用于飞行模拟器和医疗器械 3.利用“颤振”减小卡紧力。使柱体与套之间产生某种微小位移的“颤振”运 动，这可以比较有效地消除库伦摩擦，使柱体处于摩擦力较低的动摩擦状态，并且 可以防止柱体由于停留时间过长而产生卡紧力。对于采用电一机械转换器作为控制 器件的电液伺服阀、电液比例阀，这是一种普遍采用的方法。
（四）、油液中杂质楔入配合间隙：
油液中的污垢颗粒和缝隙阻塞现象也是引起液压卡紧的重 要原因, 如果使用过滤精度为10μ m左右的滤油器就能有效地 防止卡死现象。
（五）、滑阀移动时的附加阻力：
与径向力产生的同时, 有时阀芯或阀套在工作压力下产生弹 性变形的附加阻力, 以及在阀芯和阀套间隙中液体边界层产 生的附加阻力。这些阻力使阀芯运动产生轴向卡紧。 当油温升高阀芯与阀孔的膨胀系数不同, 而阀芯卡住现 象也时有发生
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1.开均压槽 2.改进设计方法 3.利用“颤振”减小卡紧 4.提高机加工和装配质量 5.提高油液清洁度,防止油液污染
1.开均压槽
减小液压滑阀卡紧力简单而行之有效的 方法是在圆柱体上或阀套缸筒等内孔开平 衡压力的槽(均压槽) ,因为即然产生液压卡 紧力的原因是圆柱体上压力分布不均匀,则 开了均压槽就能使圆柱体上不同压力区互 相沟通,使压力分布趋于均匀,这个问题就得 到解决。 根据实践证明,在阀芯上开一条槽可使卡 紧力减小到无均压槽的58 % ,开3条槽可降 到24 % ,这就是滑阀阀芯和某些柱塞上都开 有环状槽的道理。
液压滑阀中液压卡紧力的 计算与分析
学院：机械工程学院 专业：09卓工机电控制 组员：苏国青 孙景龙 王志辰 王娟 张志壮 指导教师：高殿荣
项目目的：
学习和掌握偏心环形缝隙中的相关公式及理 论在液压滑阀中液压卡紧力的计算与分析中 得应用，掌握减小液压卡紧力的方法。
项目要求：
1.查阅相关文献，综述液压滑阀中液压卡紧力的 计算与分析的研究现状 2.分析压滑阀中液压卡紧力产生的原因 3.计算和分析压滑阀中液压卡紧力的大小 4.给出减小液压滑阀中液压卡紧力的措施并加以 分析
（一）、径向不平衡力引起的液压卡紧
阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形, 径向间隙中不存在任何 杂质, 径向间隙处处相等, 这种理想状态在实际生产中难以实现, 所以存在径向不平衡液压力,计算公式 :
F 的方向和偏心方向一致, 即F方向向 下, 将阀芯进一步向下压向阀体孔壁。 当e =Δ =h2／h1时, 阀芯出现“卡死现 象”
二、液压滑阀中液压卡紧力产生的原因：
1.定义：液压卡紧是由于液体流过 阀芯阀体间的配合间隙时, 作用在 阀芯上的径向不平衡力使阀芯卡住 而产生的现象 2.原因： 1）径向不平衡力引起的液压卡紧 2）阀芯阀孔加工质量差引起的液 压卡紧 3）油液中极性分子的吸附作用 4）油液中杂质楔入配合间隙 5）滑阀移动时的附加阻力
2.改进设计方法
(1) 可以将阀芯适当部位加工成锥形, 将阀芯沿高压侧向低压侧方向做成微小 顺锥度,即小端在高压侧,大端在低压侧, 直径只差1～3μ m。这时阀芯对阀孔中 心有自行调整的性能,使阻力减小,但这 种方法工艺复杂。 (2) 由干式电磁铁改为湿式电磁铁,电 磁铁的推杆由动密封改为端面静密封, 摩擦阻力减小,阀芯移动灵活。
3.利用“颤振”减小卡紧力
使柱体与套之间产生某种 微小位移的“颤振”运动,这可 以比较有效地消除库伦摩擦,使 柱体处于摩擦力较低的动摩擦 状态,并且可以防止柱体由于停 留时间过长而产生卡紧力。对 于采用电- 机械转换器作为控 制器件的电液伺服阀、电液比 例阀,这是一种普遍采用的方法。 在输入的控制信号上叠加一个 频率为50～200 Hz ,幅值不超 过额定电流20 %的正弦或其他 波形的颤振电流,就可以获得满 意的效果。
4.提高加工质量
(1) 尽可能减小热处理的变形量。 (2) 热处理后的中心孔在精加工前一定要仔细研磨修整, 以获得较高的表面质量和较小的形位公差; (3) 精加工后应仔细消除毛刺,锐边倒钝。保证锐边的 部位不应倒角和修圆,以免影响轴向尺寸,如伺服阀中的 控制边等; (4) 修复阀孔精度时一般采用研磨和珩磨。阀孔成批加 工时,采用金刚石铰刀,可以提高形位公差及尺寸精度; (5) 结合面各联接螺钉的紧固力应均匀,以免组合螺栓 预紧力过大; (6) 严格执行装配工艺规程。实测各相配件的尺寸和形 位公差,根据要求选配间隙; (7) 严格控制阀芯和阀孔的制造精度，圆度和圆柱度的 控制。
（二）、阀芯阀孔加工质量 差引起的液压卡紧:
(1) 由于机床不精确, 加工的阀芯有锥度, 当锥度大 端在高压腔, 便形成液压卡紧。 (2) 阀芯热处理后, 没有时效处理, 时间一长,内应力 释放而变形, 产生阻力。 (3) 阀芯(阀孔) 轴向拉毛而产生径向不平衡液压力。 (4) 阀芯锐边因盖碰形成突起, 而产生液压力矩, 突 起部分压向阀孔。 (5) 阀芯台肩环形槽是在热处理前加工的, 阀芯热处 理后再精加工, 有可能使环形槽深浅不一致,而产生径 向不平衡液压力。 (6) 阀芯台肩的环形端面与轴线垂直度误差大,易产生 阀芯转动力矩, 若阀芯与阀孔间隙较小, 阀芯容易卡 住。
三、径向不平衡力引起的液压卡紧力计算公式：
阀孔和具有锥度长为L的阀芯间隙
h1 h 01 e cos
h 2 h 0 2 e cos
h 01 h 0 2 —阀孔与阀芯同心时进出口间隙高度； e—偏心距； p —两端液压差。
令
h0 / h0
1
2
当 h 01 e
在液压技术中计算液压卡紧力时，为使阀芯安全工作可近似估算为
F 0 .27 Ld p
出卡紧力后可由阀芯与阀孔的摩擦系数来计算推动阀芯所必需的轴向推 力，以作为液压阀设计的依据。
例题计算：
四、减小液压滑阀卡紧力的措施
由于加工圆柱体或阀套缸筒等内孔时不可能绝对无锥度,圆柱 滑动副间隙中,除了少数特例外,流体往往不可能固定单一的流 向,所以卡紧力是客观存在的,只能采取措施减小它。
（三）、油液中极性分子的吸附作用：
不平衡径向力使阀芯向阀孔一边靠近, 因而产生阻碍阀芯 运动的摩擦力。一段时间后, 轴向卡紧力突然增加, 甚至在卸 压后仍紧密地粘附在孔壁上,这是由于油液中的极性分子(如油 性的酸类物质)堵塞所致。在高压下, 轴向卡紧力总是迅速产生 (高压下停留8～60 s) , 然后趋向一最大值。卸压后,轴向卡紧 自然消失的时间比形成的时间稍长。
5.提高油液清洁度,防止油液污染
维护保养要严格执行各项制度和规程。提高 油液清洁度,防止油液污染,对普通控制阀, 要求油液的过滤精度不低于0. 03 mm。（主 要针对问题：油液中极性分子的吸附作用， 油液中杂质楔入配合间隙。）
结束语：
液压系统中液压换向阀滑阀的液压卡紧现 象是共性问题,不仅换向阀有,其他液压控制 阀也存在。只要利用一些相关的技术,如在 阀芯或阀孔上开均压槽、利用柱体的锥度来 获得对中力以及使滑动副产生“颤振”运动 等措施限制其配合间隙、偏心量及径向不平 衡压力等主要影响因素,就可以减少甚至消 除液压卡紧现象。