比例节流阀系统的设计示例

(1)系统设计计算步骤

1)估算液压缸面积及系统压力；

2)按系统工作过程的要求，核算液压缸及系统压力；

3)选择比例阀的规格参数；

4)核算系统的固有频率

其中前3步依次进行，第4步相对独立

(2)液压缸面积及系统压力的估算

1)这一步是初步的，其原则是：系统压力扣除系统管道损失之后的可利用压力，按经验各1/3分别用于克服负载，用于产生速度，用于产生加速度(质量的加减速或转动惯量的加减速)

2)如果其中用于加速的部分达不到1/3，则活塞由恒速转到减速的过程中，比例阀阀口的面积会有过大的变化，造成阀芯转换时间增加，而用于负载的那部分则难以准确地达到1/3

3)按上述原则，先假定泵的压力，计算液压缸面积：第一，根据加速段的需要；第二，根据恒速段的需要。选两者中较大的为液压缸面积。也可倒过来，先确定液压缸的尺寸，反算泵所需的压力

(3)按系统工作过程的要求，核算液压缸的面积及泵压力，如图1所示

已知：m＝700kg；F＝7000N；F_ST＝Fsin30°＝7000×0.5＝3500N

图1　比例系统设计示例

1)首先计算根据加减速需要的缸面积根据F＝ma得到(ΔpA₁用于产生加速度的液压力)

式中Δp——用于产生加速度的压力，MPa，

由上两式可得，加速段所需的活塞面积为

2)其次计算恒速及最大稳态力F_K下所需的活塞面积阀口用于产生速度(恒速段)的压差(此时加速度为零)

选上面两个面积中较大的一个来确定液压缸的尺寸

式中　Δp——用于产生加速度的压力，MPa；

a——活塞的加速度，m/s²；

υ——活塞运动速度，m/s；

t_B——加速段时间，s；

A₁——活塞面积，cm²；

F_ST——静总负载，N；

F_R——摩擦力，N；

F_K——液压缸稳态作用力，N；

m——运动部分质量，kg；

p_S——用于负载的压力，MPa；

Δp₂——液压缸活塞杆端比例阀阀口压差，MPa；

p_p——油源压力，MPa；

Δp₁——比例阀阀口用于产生速度的压差，MPa

(4)比例阀的选用

比例方向节流阀选用

p_p/MPa

油源压力

p_v

(恒速)/MPa

p_v

(减速)/MPa

Q_N/L·min^-1

额定流量

变化范围

变化量/%

5.5

5

9

150

83%~72%

11，阀转换时间长

10

11

15

150

72%~68%分辨率差

4，时间短

10

11

15

100

87%~83%分辨率好

4，时间短

1)p_p＝5.5MPa时，比例阀的选用选用p_v＝1MPa时，Q_N＝150L/min，由图2查得：变化范围83%~72%，变化量为11%

2)p_p＝10MPa，仍选用p_v＝1MPa时Q_N＝150L/min，由图3查得：变化范围72%~68%，变化量4%，转换时间短，但变化最大仅72%，分辨率不够理想

3)p_p＝10MPa，改选p_v＝1MPa时，Q_N＝100L/min，由图4查得：变化范围87%~83%，变化量4%，最大达87%，可以

这里考虑的主要是3个问题：分辨率，阀芯位置转换时间，阀口压差

图2　比例节流阀选用图一

图3　比例节流阀选用图二

图4　比例节流阀选用图三