液压转向系统中转阀的研究

张文亭

（陕西工业职业技术学院机械工程学院，陕西 咸阳 712000）

液压转向系统中转阀的研究

张文亭

（陕西工业职业技术学院机械工程学院，陕西 咸阳 712000）

本文主要研究了液压转向系统中流量转阀的稳态特性，设计了测试实验台，验证了该阀的理论模型，分析确定了阀的压力灵敏度，并通过测试某品牌汽车转向系统的流量转阀获得实验过程和结果，可以供厂商借鉴使用。

液压转向；转阀；流量阀；压力灵敏度；车辆

CLC NO.:U463.4Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-99-03

引言

流量控制阀稳态特性的研究与整个系统动力学有关，比如转向系统。从控制理论的角度来讲，液压阀的主要非线性是指流量-开口的稳态特性。建立阀口系数的适当值是在液压控制系统动力学方法中最重要的一步。[1]

本文的研究对验证动力转向系统流量阀的几何和设计参数是一个有用的参考。另外，还为在阀的设计和动力转向系统设计中某些参数的计算提供了一个可靠的数学模型。

1、理论方法

为了确定流量转阀的压力敏感性创建了一个模型如图1所示，由于转阀过于复杂，因此采取一定假设:

（1）通往液压缸的管口被关闭（或活塞杆被锁定）；

（2）测流口对应阀的测流口被减少为一个单一的等效孔口；

（3）阀芯和阀体之间的相对角位移转换成直线位移，在两个部件之间的接触直径上测量；

（4）当阀口开度较小时（在负遮盖运行区内），通流面积的变化与阀口的开度呈线性；

（5）等效孔口流量系数是常数。【2】

图2所示是流量阀的等效计算图。考虑以上假设，并认为是稳定供应的流量阀，可以写出下面的方程:

Qm-是供给液压缸的流量（零流量）；Qs-连续供应的流量；cd-等效测流孔的流量系数；bI-在负遮盖运行区内的面积梯度；U-阀的负遮盖；x-阀口的开度；ps-阀内压力；pA-A缸口压力；pB-B缸口压力；ρ-流体密度。[3]

结合上述两个方程，并考虑到的基本关系，可得:

可以找出液压缸腔内压力随阀口开度的变化函数如下式（4）、（5），曲线（Qs1

由阀口开度引起供应压力的变化规律可以通过总结液压缸口内部压力获得:[4]

通过液压缸的压力降变为:

阀的压力灵敏度，KPx定义为在液压马达压力降相对于阀口开度的导数。通过对方程（9）在阀的零开位置求导，可以得到:[5]

对于本阀阀芯，伺服机构的供应压力是:

所以，压力灵敏度变为:

2、实验结果

实验是在一个某品牌汽车的液压动力转向系统上进行。所测动力转向系统安装在一个金属结构实验台上，其具有活塞杆完全机械约束。该系统由外部液压动力源提供恒定的流量，并且可以设定其流量值。压力传感器安装在阀端口上，目的为了找出压力的变化作为阀口开度的函数关系。用一个旋转杠杆作为转向放大阀开度，杠杆的位置是由螺纹调整。位移传感器连接在数据采集系统上可以测量从零开口开始的位移量。

不同流量值对应的曲线如图4所示，系统的最大工作压力由安全阀设置为8MPa。通过对比理论和实验曲线，可以发现在压力变化时的一些差异，这些可能是由于所假设的数学模型引起的。[6]

在分析初始假设引入的误差时，结果发现，两曲线之间的差异可能是由于测流口的开度引起流量系数变化所导致的。流量系数的变化主要取决于所研究的动力转向。图5是在供给公称流量的情况下理论和实验曲线的比较。[7]

3、结论

流量阀压力灵敏度是非常重要的，因为它体现了液压控制系统设计中的主要不确定量，处于稳定性和精度之间。

本文能为带有流量控制阀的液压系统的设计提供一定的借鉴（主要是液压动力转向系统），为计算阀的参数和系数提供一个实用的数学模型。同时，本文提出用简单的方法辨识流量控制阀的稳态特性，可以供各个厂商在设计时使用。

[1] 周聪,肖建.汽车线控转向系统的研究现状与发展[J].控制工程.2012(05):827-831.

[2] 刘亚辉,季学武.汽车动力转向系统可变助力特性的设计[J].汽车工程.2010(03):238-243.

[3] 刘俊,林贝清.电控全液压转向系统中自锁对中液压缸的结构设计[J].液压与气动.2011(10):85-87.

[4] 张枫念.动力转向器性能计算的研究[J].传动技术.2007(01):9-13.

[5] 赵双龙,许长华,魏超.滑阀稳态液动力的计算和分析[J].火箭推进.2006(03):18-23.

[6] 张峰,毕大宁.转阀式动力转向器转阀刃口的计算与分析[J].汽车研究与开发.1994(01):40-45.

[7] 曾迥立.动力转向器阀油槽尺寸和分度误差对压力静特性的影响[J].汽车科技.2005(02):20-22.

Study on Rotary Valves in the Hydraulic Steering System

Zhang Wenting
（School of Mechanical Engineering, Shaanxi Polytechnic Institute, Shaanxi Xianyang 712000）

This paper studies the flow rotary valve steady state characteristics in the hydraulic steering system, designs the test bench, verifies the theoretical model of the valve, and determines the pressure sensitivity of the valve，presents a simple methodology for the steady-state identification of the flow control valves, used in the preliminary design stage by all the manufacturers.

Hydraulic steering;Rotary valve; Flow valve; Pressure sensitivity; Vehicle

U463.4

A

1671-7988(2015)07-99-03

张文亭，就职于陕西工业职业技术学院机械工程学院，主要从事机电设备及其控制技术方面的教学与研究。