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一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2018-08-09
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-01-18
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2020-06-23
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2038-08-09
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201810903744.2 申请日 2018-08-09
公开/公告号 CN109083879B 公开/公告日 2020-06-23
授权日 2020-06-23 预估到期日 2038-08-09
申请年 2018年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 F15B13/02F15B21/08F15D1/08 主分类号 F15B13/02
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 0
权利要求数量 1 非专利引证数量 0
引用专利数量 0 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 被引证专利
专利权维持 4 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 杭州电子科技大学 当前专利权人 杭州电子科技大学
发明人 杨贺、王文、卢科青、时光 第一发明人 杨贺
地址 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 邮编 310018
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 浙江省 申请人所在市 浙江省杭州市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
杭州君度专利代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
黄前泽
摘要
本发明公开了一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法。现有方法在压力较大时气穴抑制作用会减弱。本发明将输入的电信号通过力矩马达、喷嘴和挡板转换成液流压力信号,通过调节挡板在两喷嘴间的相对位置来形成两个喷嘴之间以及阀芯两端的压力差,进而推动阀芯进行运动;将喷嘴出口形状设置为正方形,形成正方形射流,其冲击挡板平面后会沿正方形各条边长的法线方向分为四股射流向外流动。正方形冲击射流的这种特点可以降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板和挡板安放腔内壁面之间区域的气穴;当液流入口压力升高时,径向射流离开挡板边缘时的速度增加较小,从而使得气穴现象仍然得到有效抑制。
  • 摘要附图
    一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-06-23 授权
2 2019-01-18 实质审查的生效 IPC(主分类): F15B 13/02 专利申请号: 201810903744.2 申请日: 2018.08.09
3 2018-12-25 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法,其特征在于:该方法具体如下:
进流源压力液体由第一进液口经对应的节流器流入第一节流通道,且由第二进液口经对应的节流器流入第二节流通道,第一节流通道和第二节流通道的压力液体分别经由对应的正方形出口喷嘴喷向挡板两侧的平面;当线圈通有电流时,衔铁在导磁体和永磁铁形成的磁场中受到电磁力矩的作用,使衔铁连同挡板发生偏转,挡板的偏转使得两个正方形出口喷嘴与挡板侧面的间隙发生变化,一侧变大,另一侧变小,导致阀芯两端的液流压力也发生变化,间隙变小的一端压力升高,另一端的压力降低,阀芯两端的压差对阀芯产生作用力,推动阀芯向压力低的一端运动;阀芯的运动使反馈杆产生弹性变形,产生反向力矩;当作用在衔铁上的电磁力矩、弹簧管的反向力矩和反馈杆反向力矩三者达到平衡时,阀芯运动停止;而液流从正方形出口喷嘴喷出后,存在从正方形出口喷嘴流向挡板对应侧平面的冲击射流和从正方形出口喷嘴与挡板的间隙流向挡板安放腔的内壁面的径向射流;正方形出口喷嘴的中心处开设进流道和出流道;进流道一端与出流道连通,另一端与第一节流通道或第二节流通道连通;进流道截面为圆形,出流道截面为正方形;正方形出口喷嘴喷出正方形射流,冲击挡板后沿正方形各条边长的法线方向分为四股射流向外流动,降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板和挡板安放腔内壁面之间区域的气穴;
所述进流道的直径为1~2mm,出流道的边长为0.3~0.6mm,长度为0.5~1mm;
所述出流道的正方形截面中,正方形的一条对角线与挡板靠近阀芯的端面的夹角为60~120°。
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电液伺服阀性能改善方法,具体涉及一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法。

背景技术

[0002] 电液伺服系统具有动态性能好、使用寿命长、负载刚度大、运动平稳等诸多优点,在航空航天、高档机床与机器人、高技术船舶、先进轨道交通、汽车、农业机械等领域中具有广泛的应用背景。其中,伺服阀是电液伺服系统中的关键控制元件,它能够将微弱电信号转换为大功率的液压信号输出,其性能的好坏是影响整个电液伺服系统工作性能的关键因素。伺服阀的形式多种多样,其中喷嘴挡板伺服阀具有控制精度高、响应速度快、灵敏度高等优点,在电液伺服系统中得到了广泛的应用。
[0003] 在喷嘴挡板伺服阀中,前置级流场具有流动剪切性大、流道结构较复杂、进出口压差大、油液流动速度快等特点,容易产生局部低压进而诱发气穴现象。大量气泡的产生与溃灭会使得前置级流场出现明显的压力波动与噪声。一方面压力波动会使挡板发生振动,影响衔铁挡板装置的工作稳定性。另一方面,伺服阀会由此产生高频噪声,造成噪声干扰与污染。此外,元件表面还会发生气蚀损害。因此,气穴现象的产生会严重降低伺服阀的工作性能,而抑制伺服阀前置级气穴现象是改善伺服阀性能并延长其使用寿命的关键。
[0004] 现有的气穴抑制方法主要有设置出口节流或使用矩形挡板等。前者能够增加出口背压,降低进出口压差,从而削弱气穴现象,但这种方法也会增加挡板周围流场的压力,对挡板的运动产生影响。后者取消了挡板的弧形表面并延长挡板与喷嘴射流的接触尺寸,对气穴特别是挡板处的附着气穴有较为明显的抑制作用,但这种方法改变了挡板的自然频率等特性,对衔铁挡板组件的性能有所影响。此外,这些方法在供油压力升高时,对气穴现象的抑制作用会有所减弱。因此,为提高喷嘴挡板伺服阀的工作性能并延长其使用寿命,需要设计新的气穴抑制方法。另外,现在还出现了一种在喷嘴上加工微小射流孔的方法,但该方法微小射流孔容易堵塞,从而导致失效,且微小射流孔加工比较困难。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足,提出一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法。
[0006] 为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
[0007] 本发明一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法,具体如下:
[0008] 进流源压力液体由第一进液口经对应的节流器流入第一节流通道,且由第二进液口经对应的节流器流入第二节流通道,第一节流通道和第二节流通道的压力液体分别经由对应的正方形出口喷嘴喷向挡板两侧的平面;当线圈通有电流时,衔铁在导磁体和永磁铁形成的磁场中受到电磁力矩的作用,使衔铁连同挡板发生偏转,挡板的偏转使得两个正方形出口喷嘴与挡板侧面的间隙发生变化,一侧变大,另一侧变小,导致阀芯两端的液流压力也发生变化,间隙变小的一端压力升高,另一端的压力降低,阀芯两端的压差对阀芯产生作用力,推动阀芯向压力低的一端运动。阀芯的运动使反馈杆产生弹性变形,产生反向力矩。当作用在衔铁上的电磁力矩、弹簧管的反向力矩和反馈杆反向力矩三者达到平衡时,阀芯运动停止;而液流从正方形出口喷嘴喷出后,存在从正方形出口喷嘴流向挡板对应侧平面的冲击射流和从正方形出口喷嘴与挡板的间隙流向挡板安放腔的内壁面的径向射流;正方形出口喷嘴的中心处开设进流道和出流道;进流道一端与出流道连通,另一端与第一节流通道或第二节流通道连通;进流道截面为圆形,出流道截面为正方形;正方形出口喷嘴喷出正方形射流,冲击挡板后沿正方形各条边长的法线方向分为四股射流向外流动,降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板和挡板安放腔内壁面之间区域的气穴。
[0009] 所述进流道的直径为1~2mm,出流道的边长为0.3~0.6mm,长度为0.5~1mm。
[0010] 所述出流道的正方形截面中,正方形的一条对角线与挡板靠近阀芯的端面的夹角为60~120°。
[0011] 本发明具有以下优点:
[0012] 1、本发明所述喷嘴的内流道出口形状为正方形,且正方形其中一条对角线与该喷嘴所对应的挡板侧面底边成60~120°角,可以有效抑制伺服阀前置级气穴现象,特别是云气穴。
[0013] 2、本发明所述喷嘴喷出的射流为正方形冲击射流,其冲击挡板后会沿正方形各条边长的法线方向分为四股射流向外流动。由于正方形冲击射流的这种特点,使得其在液流入口压力增大时仍然可以抑制气穴现象,因此有效削弱了液流管路压力变化对喷嘴挡板式电液伺服阀前置级流场中气穴现象的影响。
[0014] 3、本发明所述气穴现象的抑制方法,不会影响衔铁挡板组件的频率特性,因而对伺服阀的频率响应特性影响很小。
[0015] 4、本发明所述喷嘴的流道不易堵塞,且加工方便。

实施方案

[0026] 下面结合附图对本发明进行详细的描述。
[0027] 如图1、图2-1和2-2所示,一种抑制喷嘴挡板式电液伺服阀前置级气穴现象的方法,具体如下:
[0028] 进流源压力液体由第一进液口P1经对应的节流器6流入第一节流通道,且由第二进液口P2经对应的节流器6流入第二节流通道,第一节流通道和第二节流通道的压力液体分别经由对应的正方形出口喷嘴12喷向挡板11两侧的平面;当线圈3通有电流时,衔铁2在导磁体9和永磁铁7形成的磁场中受到电磁力矩的作用,使衔铁连同挡板发生偏转,挡板11的偏转使得两个正方形出口喷嘴12与挡板侧面的间隙发生变化,一侧变大,另一侧变小,这导致阀芯5两端的液流压力也发生变化,间隙变小的一端压力升高,另一端的压力降低,阀芯两端的压差对阀芯产生作用力,推动阀芯向压力低的一端运动。阀芯的运动使反馈杆13产生弹性变形,产生反向力矩。当作用在衔铁上的电磁力矩、弹簧管8的反向力矩和反馈杆反向力矩三者达到平衡时,阀芯运动停止;而液流从正方形出口喷嘴12喷出后,如图3-1和3-2所示,存在从正方形出口喷嘴12流向挡板11对应侧平面的冲击射流15和从正方形出口喷嘴与挡板的间隙流向挡板安放腔的内壁面1的径向射流14;正方形出口喷嘴12的中心处开设进流道4和出流道10;进流道4一端与出流道10连通,另一端与第一节流通道或第二节流通道连通;进流道截面为圆形,出流道截面为正方形;进流道直径为1~2mm,出流道的边长为0.3~0.6mm,长度为0.5~1mm。如图2-2所示,出流道的正方形截面中,正方形的一条对角线与挡板靠近阀芯5的端面成θ角,θ为60~120°;正方形出口喷嘴12喷出正方形射流,冲击挡板后沿正方形各条边长的法线方向分为四股射流向外流动,降低径向射流离开挡板边缘时的流速,从而抑制挡板和挡板安放腔内壁面之间区域的气穴。
[0029] 如图3-1、3-2和3-3所示,采用计算流体动力学(CFD)对喷嘴挡板式电液伺服阀前置级流场进行数值仿真计算,由于该流场结构的对称性,只需计算四分之一流场(如图2-1所示的虚线框)即可。喷嘴挡板式电液伺服阀前置级流场可分为喷嘴流向挡板11侧面的冲击射流15和喷嘴与挡板的间隙射向挡板安放腔的内壁面1的径向射流14。进液口压力为21MPa(此时本实施例中喷嘴入口压力为5MPa),且喷嘴出口形状为圆形时,流场中速度(单位为m/s的数值代表流速)云图如图3-1所示,液流经喷嘴射向挡板后沿挡板平面径向流出,形成径向射流14;而进液口压力为21MPa(此时本实施例中喷嘴入口压力为5MPa),且采用本发明的正方形出口喷嘴时,流场中速度云图如图3-2和3-3所示,可见,由于采用正方形出口喷嘴,流场中径向射流14的速度出现下降,即径向射流被明显削弱。这是由于正方形冲击射流在冲击挡板后沿各条边长的法线方向分为四股射流向外流动,而在相邻两法线所夹区域中流动被抑制,如图3-3所示,其中,箭头代表流动方向。
[0030] 当液流局部压力下降至空气分离压以下时,就会产生大量微小气泡,进而聚集成气穴。进液口压力为21MPa(此时本实施例中喷嘴入口压力为5MPa),且喷嘴出口形状为圆形时,流场中气体体积分数(图4-1、4-2、5-1和5-2中的小数)云图如图4-1所示,在喷嘴边缘和挡板边缘处产生了附着气穴17,在挡板和挡板安放腔内壁面之间的区域内形成了云气穴16;进液口压力为21MPa(此时本实施例中喷嘴入口压力为5MPa),且采用本发明的正方形出口喷嘴时,流场中气体体积分数云图如图4-2所示,可见,云气穴16不再产生,这验证了本发明方法可以有效抑制云气穴现象。喷嘴入口压力为7MPa,且喷嘴出口形状为圆形时,流场中气体体积分数云图如图5-1所示,可见,在喷嘴入口压力增加2MPa的情况下,云气穴16的面积明显增加;喷嘴入口压力为7MPa,且采用本发明的正方形出口喷嘴时,流场中气体体积分数云图如图5-2所示,可见,云气穴依然没有产生,这说明了本发明方法对于液流入口压力增加而引起的严重气穴现象有很好的抑制效果,即本发明方法的气穴抑制作用受液流入口压力变化的影响相对较小,这是由于当喷嘴入口压力升高时,径向射流离开挡板边缘时的速度增加较小,从而使得气穴现象仍然得到有效抑制。

附图说明

[0016] 图1是本发明采用的喷嘴挡板伺服阀结构原理图。
[0017] 图2-1是本发明采用的伺服阀喷嘴与挡板位置关系示意图。
[0018] 图2-2是实施例中喷嘴出口的开设方向示意图。
[0019] 图3-1是喷嘴入口压力为5MPa且喷嘴出口形状为圆形时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的速度云图。
[0020] 图3-2是喷嘴入口压力为5MPa且为正方形出口喷嘴时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的速度云图。
[0021] 图3-3是喷嘴入口压力为5MPa且为正方形出口喷嘴时,伺服阀前置级流场在垂直于喷嘴喷射方向的平面上的速度云图。
[0022] 图4-1是喷嘴入口压力为5MPa且喷嘴出口形状为圆形时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的气体体积分数云图。
[0023] 图4-2是喷嘴入口压力为5MPa且为正方形出口喷嘴时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的气体体积分数云图。
[0024] 图5-1是喷嘴入口压力为7MPa且喷嘴出口形状为圆形时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的气体体积分数云图。
[0025] 图5-2是喷嘴入口压力为7MPa且为正方形出口喷嘴时,伺服阀前置级流场在平行于喷嘴喷射方向的平面上的气体体积分数云图。
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