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[其他] 淺談多路閥設計

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發表于 2016-12-24 00:36:58 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
淺談多路閥設計
      小弟學了好多年的液壓,也算科班出生吧,在企業也摸爬滾打了幾年,年過三十也算有一點小心得一點小看法,閑來跟大家分享一下,還望大家嘴下留情不喜勿噴啊,哈哈!
一.一點個人的小觀點
      液壓行業從興到衰也就這幾年的事吧,應該是從2012年開始就走下坡路了,當然這主要受國內國際經濟大環境的影響。我們大部分液壓技術人員的社會地位是較低的(收入也較低,看看工作十多年的還在搞技術的工程師就可以看到)。這可能也跟我們沒有獨立自主的研發,沒有過硬的能推到世界的產品相關,不過這也不是個人的原因,我們國內照樣有很多優秀的工程師。首先談談企業,液壓元件在國內也有好幾十年的發展歷程了,為什么我們國內就沒有一家能獨立自主進行研發,能做出過硬產品的元件公司呢?當然我是說像力士樂、哈維、丹佛斯、派克這個層次的。首先,國內大部分液壓企業是不太重視技術研發的,尤其是當砸了好幾百萬甚至上千萬的研發費用卻不能出來東西時。。。為什么出不來東西?這里只談談研發環境吧:一.對于中小型企業(1000人以內,大部分的元件廠也就幾百人),個人覺得中層管理者的水平非常重要,如果你的主管、你的經理是一位技術宅,并且有清晰的研發思路及團隊建設能力,那我想大部分技術男的工作都會感到很愉悅,因為你們互相“懂”,大家都會有較高的研發熱情,思維也會比較活躍,因為你們互相能認可。當然,高層管理者不支持,那就都是泡沫。。。但大部分情況是非技術人員領導技術人員,很多建議及方案能否被理解都還難說,更不要說很好的執行。所謂道不同不相為謀,研發要能搞的好那可真是見鬼了。。二.對于大企業,就不討論了,大部分都是技術搞幾年搞純管理,人升職了不愿意搞技術了。三.很多企業都有高大上的部門,被冠以研究院、研發中心、研究所等等。乍一看,好牛逼。。。而好多這樣的部門,基本都是高校研發工作的延申,搞理論搞仿真搞樣機,略虛了一點,畢竟企業是要搞產品的。搞元件的,沒有機加工知識就等于不懂元件,如果你既懂鑄造也懂機加工并且有較強的液壓理論支撐,那我相信你水平不會低,只是需要更多的經驗而已。我還是相信,高手在民間。。。
二.淺談多路閥設計
      扯了一堆,自己思路也理的不清,還是步入正題吧。關于多路閥設計,這里只談負載敏感閥設計,閥的設計都是相通的。以下內容也是個人心得與總結,也有實踐驗證,只是做一個拋磚引玉,不敢說完全正確,僅供大家討論。首先說負載敏感多路閥的工作原理,就是調速閥演化而來啦。調速閥有先節流后減壓和先減壓后節流兩種,分別演化出閥后補償負載敏感多路閥和閥前補償負載敏感多路閥,并集成LS限壓閥、過載閥、LS卸荷等功能,新閥設計之初當然只有兩個參數了:壓力、流量。一些細節功能要求再逐步考慮集成
(1)有了壓力、流量參數要求,第一步應該確定什么呢?當然是閥芯直徑。閥芯直徑的確定好像沒有直接的計算公式,我是沒接觸過。閥芯直徑大小會直接影響到以下參數:節流槽面積與行程匹配,閥體尺寸(因為閥芯直徑確定鑄件環形槽尺寸,從而影響到受力面積,進一步影響到高壓變形,所以直徑增大,閥體各種尺寸都要增大)。閥芯直徑尺寸的確定是一個以上參數匹配的結果,其實你并不需要擔心,因為幾十年的元件設計早都有了這些經驗,一般是節流槽在閥芯一周的布置與行程剛好匹配,不浪費閥芯的加工面。你只需要參考一些著名廠商的閥芯值就好了,比如說額定流量120L/min,閥芯直徑選擇16或18,流量400L/min,閥芯直徑選擇35左右。多統計一些著名品牌的產品,你會發現他們在不同流量閥芯直徑的選擇都是很接近的,一般不超過2mm。這就是經驗,直接借鑒,免得你整套三維設計完后發現閥太大,很多地方利用不充分,有些地方的設計受到影響變的不合理,或影響到加工裝配,又重新計算一遍再改三維,費很多事。
(2)行程確定,之前講到行程與過流面積是一對匹配的對象,閥芯直徑確定了,我們來確定行程,這里有一個原則,因為行程越大,節流槽就越小,加工精度對流量值影響很大,而且閥芯利用也不充分,因為你必須保證閥芯的比例調節范圍,行程過小,節流槽就要做的很深,甚至超過閥芯小徑,這就不行了,或者布局不下。所以,我直接給大家一些推薦值,在這個范圍以內微調就可以(調整0.5到1mm),一般都是閥芯直徑的三分之一略大一點,直徑12的形成一般做到6mm左右,18的做到7mm左右,40的做到15mm左右,就不一一列舉了。
(3)有了以上兩個參數還不行,還必須確定流速,這也是一個無法直接得出的參數,直徑、行程、流速這幾個參數都無法直接得出,前兩個參數的設計已經講過了。流速這個問題我記得國內液壓教材上也都有,力士樂閥工作片的設計值經統計是P口。A/B口15m/s左右,回油14m/s左右(對應1.5倍流量)。流速大小的選擇非常重要,這會影響到后續的一系列計算。主油路流速的選擇先確定P和T口,中間主油路流速略大于P口。(推薦20%),這是為了油道不影響整閥壓損?刂朴偷栏鶕䦃簱p和響應直接確定直徑。如果影響到響應速度還需要修改,這個通過測試確定比較好,但設計時有留有一定的變化余量。首聯流速當然比這個要小一點
(4)工作片閥體鑄件尺寸確定,有了以上三個參數,其余大部分參數可以進行計算了,流量和直徑確定工作片P口尺寸,進而確定鑄件P口寬度,鑄件環形槽直徑是閥芯直徑的1.4~1.5倍,割槽深0.5~1.5mm(這個對于低壓損閥設計有影響,先不談論這個),割槽直徑1.2倍閥芯直徑,A/B口鑄件寬度跟P口計算方法一樣。這里重點說一下凸肩寬度,因為這個東西受壓變形會導致卡閥,內泄露增大。一般設計兩側高壓凸肩寬度請選擇閥芯直徑的五分之一,單側受壓(T)請選擇三分之一,T口油道至閥體表面距離2倍單側受壓凸肩寬度(過大會導致衍磨尺寸不均勻),如果側面有閥必須放大,請在中間割槽或鑄造環形槽處理。好了,軸向尺寸確定完畢。徑向尺寸就是鑄件環形槽至閥體外表面密封槽底部的距離,各部位油道面積除以閥芯直徑選大值,OK(通過強度仿真再進行微調)。高度確定,根據布局確定,這個不是靠直接計算的。根據面積確定當量孔徑,確定油口螺紋大小,基本計算完畢。鑄件油道細說起來太多,一時半會也說不完,先跟大家討論這些吧
(5)閥芯設計:只說幾個關鍵點,一是節流槽口的過流面積,我們可以把它分成豎著的和橫這的兩個面積,理論上實際過流面積是比這兩個值都小的并且有計算公式,請大家參考蘭州理工大學冀老師的論文。實際你可以直接選小值,不會影響到流量精度,流量系數請選擇0.54.這樣你的計算結果就是準確的。二是液動力,液動力其實并不大,受流量大小影響,一般你考慮2bar~5bar余量就夠了,所以首聯先導閥壓力不需要匹配的太大。三是泄露,較準確的計算方法是計算閥體變形并將閥芯遮蓋部分進行網格劃分(單位尺寸),進行積分計算,還是比較準確的,計算公式不好打,就不打了。四是比例調節行程:應該占全行程的70%以上。
(6)鑄造問題:大批量產品的化學成分很重要,不止是影響強度,還影響刀具磨損量,也請控制好珠光體含量。根據壓力等級來選擇材料的我就不一一說了,搞設計的都明白。還有鑄件檢測問題,如何切片,如何取試棒,強度試驗等就不一一說了。
(7)機加工問題;深孔斜孔盡量避免,批量加工的話加工成本高,長徑比請盡量控制到8以內,深孔交叉孔盡量避免。閥芯孔衍磨算是比較有技術含量的,其余加工沒什么太高的附加值。
(8)其余LS限壓閥設計,過載閥設計就不一一討論,內容太多
(9)談談測試吧:負載剛度測試和補償器性能測試及流量分配是負載敏感閥中與負載敏感相關的測試。這幾個性能很重要
三.關于仿真
寫起來太多,我也只是拋磚引玉,提出一個框架,有興趣的朋友可以加我QQ:378026944
可以進行更多細節討論。
晚上無聊,也沒組織什么思路,想到哪寫到哪,有不當之處請大神批評指正,更多細節也可以加我詳細討論。討論范圍主要關于設計、仿真。
還有很多點都沒有提到,比如
(1)補償器設計方法
(2)閥芯類零件的熱處理方法
(3)LS限壓閥的特性及設計
(4)鑄件油道詳細設計
(5)電控先導級匹配方法
(6) 閥芯的詳細設計
(7)過載閥規格確定與設計
(8)負載敏感多路閥測試方法及指標評價
(9)液壓仿真——包括元件與系統
(10)變形補償及力矩計算等
有時間再和大家一起討論吧
淺談負載敏感多路閥設計之測試與仿真之前兩個帖子《淺談負載敏感多路閥設計》和《淺談負載敏感多路閥設計之閥芯和補償器設計平臺搭建》我們談了閥體設計及閥芯設計平臺搭建,今天換個口味。。。我們來談談前補償負載敏感多路閥的測試與仿真,這個也是大家實際工作中比較關心的問題。看了一下JB/T8729.1998關于多路換向閥的測試內容,很多關鍵的東西說的不夠明確。而且很多廠家經常會提出一些不專業的測試要求,根本原因也是對測試或者閥不了解。為了避免這種尷尬,今天小弟再來討論一下測試和仿真,希望對大家有所幫助,所有的測試方法都是建立在對閥的深刻理解之上,測試水平的高低也可以從側面反映設計能力。
(1)前補償負載敏感多路閥測試:在講整閥組的性能評價之前,先要說說試驗臺,首先要告訴大家,負載敏感多路閥的試驗臺必須搭配負載敏感,負載敏感和變排量控制可以切換使用,否則你的很多測試都將不準確,有些性能你也永遠都不會知道。這是前提條件!關于前補償負載敏感多路閥整閥的performance基本上包括以下測試內容(注意這里只是說整閥的性能測試,不包括耐久和壽命等測試):

流量特性測試
壓損測試
內泄露測試
負載剛度測試
補償器性能測試
響應時間測試
過載閥測試
補油閥測試
LS溢流閥測試
復合動作測試
開中心閥首聯補償器測試
LS卸荷功能測試
其他集成功能測試

下面我們來一一分析這些測試到底是要評價閥的什么性能,如何來看
測試前提當然是油液粘度要恒定,32號或者46號HL液壓油可自行決定,使用32號油相當于對自己的要求提高了,基本溫度一般在45~50℃之間測試,并保證溫度偏差在2℃左右,這樣可獲得一個比較合理的粘度值。
流量特性測試:測試閥芯運動過程的信號流量曲線,并觀察各油口及LS壓力。這項測試的目的有兩個,第一是檢測設計是否OK,也就是各遮蓋量的關系,是否會有憋壓及反饋異常等問題。第二是檢測位移滯環(當然,測試過程需要加位移傳感器并記錄閥芯位移),滯緩直接關系到操控性,我想大家都明白。我們也經常聽到有人說我們的閥滯環如何如何,某大公司的如何如何,一談到這里,必須要對決定滯緩的幾個重要因素做個說明,決定滯緩的重要因素有兩個,一是閥芯運動速度,二是顫振幅值和顫振頻率(對于電控閥)。所以,在評價兩個廠家閥的滯緩優劣時,首先請保證這兩個參數的一致性,否則將沒有意義。其次,在整個閥芯行程內滯緩是不一樣大的,只有取平均值和最大值共同對比才有意義,所以說你不能拿你最小的滯緩部分與別人最大的部分比。
壓損測試:壓損測試又包括P到A/B和A/B到T以及浮動閥芯壓損,中位壓損等。這里尤其要說明對于前補償負載敏感多路閥評價P到A/B的壓損是沒有什么意義的,你應該在你的技術文獻里直接給出的最小調定值。為什么這么說?因為這個壓損包括兩個部分,一是閥芯壓損,二是補償器壓損。閥芯壓損又由補償器彈簧力決定,那么根據流量連續性方程并帶入額定流量和閥芯設計參數,這個壓損是可以計算出來的,設計值一般為10~15bar。而泵的壓差調節值一般為20~30bar,那么可以看到,實際P到工作口的壓損是取決于泵的,你并不需要測試。那么有的人說我就想看補償器,請往后看,補償器的性能測試在后面。。。同時,P到工作口的壓損也很難測準,因為流量超過實際需求值后P口壓力會開始上翹,那么上翹到哪一點才是實際壓損呢?你無法判斷。那么你可能會說我先用負載敏感泵跑出流量,再用變量泵跑出壓損,但是,負載敏感泵的壓差調節決定了補償器彈簧壓縮程度,你的測試并不是實際剛剛好的流量,會稍有偏大。所以,并不建議大家費力非要跑出前補償負載敏感閥P到工作口的壓損,直接根據設計值給出計算結果就好。
內泄露測試:常用的O型機能端口到回油內泄露,主要評價閥芯對油缸負載的短時間保持能力。到工作口的泄露用來評價長時間工作時其他油缸負載的穩定性,你不能說一聯工作了三小時,其他聯油缸自己跑了幾十公分,這是不行的,對吧。
負載剛度測試:不同主閥開口下進行負載剛度測試,就已經包含了微動特性。同時評價了負載剛度,這是一項非常重要的測試,前補償閥一般流量下降不超過5%,你可以跟其他家的產品對比看看別人的效果,一目了然。
補償器性能測試:補償器作為一個減壓閥,自然要評價減壓穩定性。這項性能不行,就等著油缸自己跑吧。。。。呵呵
響應時間測試:操控性的又一項評價指標,先導閥規格匹配合適這個就不會有問題,主閥芯的影響在滯環里已經評價過了。
過載及補油測試:過載閥正常按照部件測試大綱評價,直動式較為簡單,先導式需要階躍響應評價過載閥響應速度及卸荷能力,補油閥的補油壓力各廠家設計值也各不相同,在額定流量下大約5~10bar之間,補油能力不足要么改壓損要么加節流閥,一般都是足夠的。
LS溢流閥:LS溢流閥在整閥中非常重要,評價方法很簡單,但是這個閥的設計是和主閥芯反饋及補償器設計關聯的,并結合負載保護壓力,如果你是全新設計整閥,請務必搞清楚再設計。
復合動作測試:前補償閥的復合動作測試目的只有一個,檢測梭閥的壓力篩選能力。經常有人給前補償閥評價流量分配,這就明顯跑題了。流量分配我們只在后補償閥中評價,前補償應用在泵的輸出不飽和的情況,這樣,流量分配就是根據兩聯或者多聯負載的差值決定的,因為各聯補償器處于不同的壓縮狀態,主閥芯壓差是有區別的,不管你用誰家的閥這都是原理性問題,不會根據廠家而有區別。如果你經常工作于泵的飽和狀態,那你應該選擇后補償閥,這時才需要評價流量分配。
其他測試內容就不一一說了,有點多。。。我們直接說仿真吧
(2)仿真:在說仿真之前,需要搞清楚什么樣的場合做什么樣的仿真,做仿真的一些必要條件。首先說元件,有兩個仿真在元件中是必不可少的,那就是結構強度仿真和流場仿真,強度仿真幫助你確定壁厚強度及變形等參數,從而幫助你優化產品,新產品開發這一塊還真是不能少。流場仿真幫助你觀察流道渦的分布,你不能讓渦影響到過流面積。一般我們使用的軟件有Ansys 和 fluent,對于新產品開發的兄弟們看好了,這兩個確實是需要的,其他的仿真對于元件開發沒有必要,當然電的東西除外。ansys的學習相對要簡單很多,買本書根據workbench很快就可以學會基本應用,fluent因為計算結果與網格質量相關,學習難度要稍大,做好也不容易,網格劃分推薦ICEM,無它,因為Gambit早就不更新了。其次說系統,系統仿真推薦AMESim,這個軟件要用的好還是比較考察你的液壓功底的,對液壓的原理特性理解不好你也是用不好的,軟件操作很簡單大家都知道。AMESim軟件在液壓行業相對而言是比較尷尬的存在,因為元件基本用不到他,用它仿元件只能驗證一些新的想法和思路,但是如果你功底足夠,根本不需要他,手動計算分析更可靠,畢竟調軟件也是一個麻煩活,除非你的新思路太復雜了,需要N個方程。同時,影響元件性能的東西太多,不是說就幾個阻尼,幾個面積的大小問題,這個做元件不太合適。但是對于系統仿真還是有用的,我說的這些大家時間長了就能體會到。下面我們說說仿真的剛需,當然是需要測試支撐了,不用測試數據標定模型的仿真都是刷流氓。。。,當然對于fluent你要和實際驗證,你還需要做特殊透明閥體并準備高速攝像機,這個適合高校做研發,企業一般做不到。ansys就不用說了,壽命測試內泄露等是驗證強度和變形的好方法,amesim就不用說了,必須試驗數據標定,這是做好一個仿真的要求。
最后,奉勸各位同仁,要合理看待仿真的地位,不要一天盡玩仿真,這個不是做產品搞設計的態度!


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參與人數 5金錢 +32 收起 理由
小豆子 + 5 很給力!
jiangliuer12345 + 1
hb975663872 + 1
Thinking11111 + 5 多多向您請教
液壓哥 + 20

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2#
發表于 2016-12-24 22:48:04 | 只看該作者
功力不一般
來自蘋果客戶端來自蘋果客戶端

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3#
 樓主| 發表于 2016-12-25 14:07:33 | 只看該作者
改正個錯誤,400L/min流量閥芯直徑選擇28或30左右

該用戶從未簽到

4#
發表于 2016-12-25 23:28:16 www.5935370.live | 只看該作者
想與你線下交流,怎樣聯系,我的電話13801290652
  • TA的每日心情
    開心
    2015-3-2 10:43
  • 簽到天數: 1 天

    [LV.1]初來乍到

    5#
    發表于 2016-12-26 16:29:54 | 只看該作者
    很牛逼啊                        
  • TA的每日心情
    開心
    2015-2-20 14:52
  • 簽到天數: 1 天

    [LV.1]初來乍到

    6#
    發表于 2017-1-4 22:48:15 | 只看該作者
    ,受教了,校友
    來自蘋果客戶端來自蘋果客戶端
  • TA的每日心情
    擦汗
    2018-6-29 09:33
  • 簽到天數: 19 天

    [LV.4]偶爾看看III

    7#
    發表于 2017-1-5 15:00:25 | 只看該作者
    感謝分享!!
    如果能補張圖配合,會更好理解

    該用戶從未簽到

    8#
    發表于 2017-1-6 10:58:36 | 只看該作者
    牛叉,多路閥高手。

    該用戶從未簽到

    9#
    發表于 2017-1-14 16:43:38 | 只看該作者
    寫得很好,都是經驗之談

    該用戶從未簽到

    10#
    發表于 2017-2-24 17:59:04 | 只看該作者
    好厲害,功力深厚!
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