液压动力转向器性能计算

第二章性能计算转阀式动力转向器性能的计算与分析主要是针对转向手力特性和转向灵敏度特性，二者曲线完全相似，只是单位不同。输出量P都以工作油压表示，输入量可分别用转向手力矩M和转向轴转角屮表示，一般来说认为M正比于屮,所以两个曲线才近似。一般以转向灵敏度进行分析更方便一些。我们知道不转向时，液压油从阀体和阀芯的棱边（刃口）之间的间隙流过，这时各油口均相通。该间隙又称预开隙，其值大小直接影响过流面积，而过流面积随阀芯相对阀体转动逐渐变化，直到一侧间隙全开，过流面积增至最大，一侧全闭过流面积减至最小，直到零，这就是阀开闭的全过程，这是一个动态的过程。在这个过程中，阀槽两侧节流阻力一直在变化。这一段初期转动过程影响了转阀特性中最初的A区即小角度转向区特性的变化。这段间隙的大小一般控制在转向轴相对阀套转角2°〜3°的范围内。太大要影响到转向盘自由行程，对转向操纵是不利的。而转阀的最大转角即转向限位装置限定的角度，一般控制在单向6°〜8°范围内。阀口的设计应使阀口全关闭位置在其最大转角的80%〜90%范围里最佳。转阀在阀芯转动时，工作油压将随着预开隙的减少逐渐升高，阀刃口的突然闭合会导致油压的突然升高，在特性曲线上油压升高将产生一个拐点，这对转向操作不利。一般要求在特性曲线上不出现明显的拐点，要求特性曲线平缓圆滑地变化。要做到这一点就必须改变问刃口的结构，从而改变阀刃口关闭时过流面积变化速度，使其逐渐减少，实现压力变化的理想控制。通用的方法是在刃口上加工一个长坡口或短切口，当然也有其它一些方法。下面就简单阀口、加工长坡口、加工短切口三种方法对转向特性的影响进行分析。

1,简单阀口的转阀(图2.1)设定阀芯半径为R,预开隙宽度为A1轴向长度为w2假设：①转向器无内泄漏；图2.1简单的转阀刃口示意图无加工误差；不计沿途压力损失；转向器活塞不动；不计转向手力。由于常流式转向器工作油流量是恒定的，所以经过每个阀的流量为QE=Q/N (2.1)式中：QE 经过每个阀的流量，mm3/S;Q 过转向器控制阀的总流量，mm3/S;N——阀槽数。由图3.1可看出阀口实际为长方形薄壁孔，其流量公式为:QE=nb2w2p/ (2.2)式中：b 孔口瞬间宽度(b<<w2,mmw2 孔口轴向长度，mn。；p——工作油压，MPa；M――液压油绝对粘度Pa・s。P=YP式中：Y 运动粘度，30D液压油为3Omm2/sP——液体密度，30D液压油为900kg/mm2所以：p=0.027Pa・S。孔口瞬间宽度bb=A2-nR屮/180 （2.3）其中：屮一为阀芯与阀体瞬间相对转角.㈡一11-ft-4・图2.2屮-P关系曲线-一简单刃口转阀灵敏度特性相对转角为卽=0〜a1）将公式（2.3）代人公式（2.2），得屮-P关系方程：P=3pQE/nb2w2=3pQE/tNw2（A-tR屮 /180）2（2.4根据式（3.0可以得“p-P关系曲线，见图3.2。2.加工长坡口的转阀如图2。3所示，加工成长坡口式。该被口可是圆弧面，亦可是斜面，由工艺条件确定。其特点是宽度W至少为阀有效轴向长度w2的80%〜90%。阀芯半径为R,预开间隙宽度为A2,轴向有效长度为w2,在阀芯的刃口上加工有半径为R2,宽度为A1轴向长度为W的圆弧形或平面坡口，其深度V0.7mm,当预开间隙关闭后，液压油从坡口形成的隙缝中通过，且随着转角增大，隙缝逐渐变窄。这样就实现了对过流面积的控制，从而控制油压。坡口在圆周方向的宽度A1由转间工作行程决定。Al+A2V90%工作行程。轴向长度W是可变的，如何确定W的值，需由下列计算和分析来研究。预开间隙闭合前后过流面积的计算方法不同，下面分别计算。(1)预开间隙闭合前，即屮=0〜a1时(见图2.3)。图2.3长坡口转阀刃口图由于加工成长波口的转阀刃口，其坡口深度较浅，所以可以认为主要是预开间隙形成的薄壁孔阀口对流量的变化起作用。其阀口长度为W2，瞬间宽度为b。b=A2-nR屮/180 0p=0〜a1) (2.5)将其代人(2.3)式得：P=3pQE/tw2(A2nR屮/180)2=3pQ/nNw2(A—tR屮 /180)2Op=0〜a1) (2.6)预开间隙A2闭合后，阀刃口全部闭合前，即(沪a2-a)1时，参见图2.4,此时只有坡口段节流。根据余弦定理：(R2+b)2=L22+R2-2L2RCOS(ip+B)。b=L22+R2-2L2RCOSOp+B))1/2-R2(沪aAa1) (2.7)将式(2.7)代入式(2.3)得：P=32Q/nNw2[(L2+R2-2L2RCOS(ip+P))l/2-R2](沪ai〜a1) (2.8)由式(2.6)和式(2.8)可得出转阀在单方向的灵敏度(<p-P)曲线。图2.5是按下列参数计算的灵敏度曲线，是长波口型，轴向长度为W不同值的一组曲线。计算参数为：Q=0.2X106mm3/sA=27X10-3Pa・SW2=18mmAl=0.6mmA2=0.5mmD=22.5mmN=4W=4>6、&1(、1Z165(MPnF图2.5加工长破口的转阀灵敏度曲线族由图2.5可以看出，每条曲线都由两段曲线构成且有一折点。实际上，由于内泄漏及加工误差所致，曲线是平滑过渡的，所以作图时可以按两曲线的公切线过渡，如图2.5中虚线所示试验数据也证明了这一点。在不同W值的长坡口修正的阀中，中等长度可=8〜12mm的阀口更接近于理想曲线；在不同W值的短切口修正的阀中，中等长度可=5〜6mm的阀口更接近于理想曲线。从工艺角度出发，采用短切口修正刃口加工工艺更简单易行，在这点上短切口修正型刃口优于长坡口修正型刃口。(5)通过选择长坡口或短切口修正刃口的形状，选择扭杆的直径，就