在液压驱动系统和比例/伺服控制系统中,可以通过控制流体流量来实现对负载运动的控制。假设流体在恒定流量下不可压缩,可将其伯努利方程写成如下:

公式 (2-3)
在公式中
z - 溢流段中心距水平基准面的距离(米)。
p - 压力(帕)。
ρ - 流体密度(kg/m^3)。
g - 重力加速度,g = 9.81m/s^2。
v - 溢流段的平均流速(米/秒)。
公式 (2-3) 是理想流体的伯努利方程,其中第一项表示流体势能,第二项表示流体压能,第三项表示流体动能。由于能量守恒,理想流体会连续流过任意两个截面,同时保持总能量不变。

式(2-4)中的下标分别表示同一流束下的任意两个截面标记。由于水压的具体应用,实际流体压力在 MPa 级,而流体液位差所形成的势能很小(液位差 10m 所造成的势能相当于 0.1MPa),因此在工程中往往被忽略。因此,该方程可表示为一步式 (2-5),即

方程 (2-5) 表明,在同一流体的流动过程中,压力随着速度的增加而非线性地减小,反之亦然。伯努利方程解释了为什么 液压阀 当阀芯反转时,部件会被卡住。阀芯反转时流体的流动路径是阀体和阀芯之间的间隙。您可以使用伯努利方程来计算阀芯反转时的夹紧力值。
以图 2-2 为例,如果反锥阀芯与阀孔之间存在偏心距 b,则阀芯与阀孔之间的流道将发生偏移,下部流道的空间 B 大于上部流道的空间 A,根据伯努利方程可知,下部流速慢于上部,AB 两种流体在此过程中的压力分布曲线如图 2-2 所示,因此,在阀芯的横向卡紧上产生了向上的 F0。
侧向卡紧度增加,会加剧阀芯换向时的卡紧度值。当阀芯反转时,卡紧度增加会加剧阀芯和阀孔之间的摩擦。我们称这种摩擦为液压夹紧力。液压夹紧力在某些情况下是非常可观的,例如,一个直径为16cm长12mm的带芯,在工作压力为21MPa的情况下,直径间隙为0.01mm,锥度为0.004,如果摩擦因数以0.15计,产生的夹紧力可达158.9N。

减少或降低液压夹紧力的一种方法是在转轴上开设卸载槽。这种方法可以有效降低横向夹紧力的值。
另一种方法是使用光滑的锥形线轴。这种方法的结果是横向夹紧力的方向相反,如图 2-2 所示。夹紧力相互抵消,确保阀芯保持对齐,避免液压夹紧力对阀芯反转的影响。
通过测试还发现
阀芯夹紧力在流体压力为 14MPa 时达到最大。此时,采用卸载沟槽的方法。这种方法有助于减小阀芯与阀孔之间的间隙差。进而降低液压夹紧力。
当压力升至 32 MPa 时,液压夹紧力将降至零。可以这样理解:高压会增加阀孔的弹性变形。因此,阀芯和阀孔之间的间隙发生变化。
虽然理论分析和解释可以指导液压元件中的流体流动问题,但影响具体产品的因素众多。因此,只能通过测试来验证。随着仿真技术的日益普及,您现在可以使用仿真方法进行液压元件设计。这些方法可以有效解决不确定因素。以前,要获得结果需要进行大量测试,而现在您可以用较低的成本获得这些结果。此外,您还能更清楚地了解影响因素和结果之间的联系。从而得出更理想的结论。这种方法还能大大节省产品的开发时间。随着虚拟仿真与物理元件的紧密结合,液压元件设计仿真技术将不断发展。它将朝着闭环数字孪生技术的方向发展。这一方向将涉及半物理仿真和数字数据集成。
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