锥阀式单向阀_啸叫_现象研究_郭健

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1、锥阀式单向阀—啸叫_现象研究—郭健郭健，徐佳龙Z(海军驻南京地区航空军事代表室，江苏南京210002)ResearchonHowlinginCone-valveTypedOne-wayValveGUOJian,XUJia-long(AeronauticsMilitaryRepresentativeOfficeofNavyinNanjingArea,JiangsuNanjing210002,China)Abstract:Tosolvethehowlingprobleminhydraulicone-wayvalve,theconfi

2、gurationofthecone-valvetypedone-wayvalveisstudied,andthemotionofthevalvecoreisanalyzed.Accordingtothemotionequationsofthevalvecore,theinfluencesofthestructuralparametersofone-wayvalveonthevalvecorevibrationareobtained.Themethodsforsuppress!ngthecorevibrationaregiveni

3、nthispaper.Keywords:conevalve;onewayvalve;howling0引言单向阀是液压系统中的一种方向控制元件，用于控制液流只能沿一个方向流动而不能倒流。单向阀的结构是液压元件中的一种基本结构，许多复杂的液压部件最终都能分解为一个个的单向阀结构，所以单向阀在液压产詁中应用广泛，其自身特性所带来的一些问题经常成为液压产品的故障点。本文将探讨单向阀使用过程中经常出现的“啸叫”问题，对“啸叫”产生的原因及解决方法进行研究。程中发出刺耳叫声的现象。这种叫声是由于产品屮某个部件发生了高频振动产生的，如果不消除

4、这种振动，将会降低产品使用寿命，同时，会对产品的功能、性能产生影响。单向阀主耍由阀体、阀芯和弹簧组成，如图1所示。阀芯有球阀式和锥阀式两种结构。球阀式单向阀结构简单，易于制造，但在长期使用中钢球表面与阀座接触处易于磨损而出现凹痕，一旦钢球发生转动便会失去密封性。在这一方曲，锥阀式单向阀具有优越性，所以锥阀式是单向阀设计中的首选结构。单向阀中的阀芯有一定的质量，它与弹簧一起组成了一个“质量■弹簧”振动系统，引起这个振动系统发牛振1在液压系统中，“啸叫”是指液压产品在正常工作过作者简介：郭健（1963・），男，高级工程师。主要从事航

5、空液压伺服控制专业研究。2013/03机电设备47cademicResearch技术交流动的原因无非两种情况：一是外部因素引起，即共振；另一种是由于口身特性引起，即自振。单向阀中的阀芯有一定的质量，它与弹簧一起组成了一个“质量■弹簧”振动系统，引起这个振动系统发生振动的原因无非两种情况：一是外部因素引起，即共振；另一种是由于自身特性引起，即自振。当外加在振动系统上的能量源的频率与该系统的固有频率成整数倍关系时，即会发生共振。锥阀式单向阀的固有频率可按如下推导。如图1所示，其开口截面积可近似表示为：f=d7xsinct(1)式屮，

6、f为开口截面积；df为开口中径，d‘=(dl+d)/2;X为阀芯开度；Q为锥阀角度。另外，根据薄壁小孔节流原理：[1]在忽略液动力和摩擦力情况下，在开度为xO的工作点上，依据力平衡方程得到阀芯运动微分方程的增量式为：弹簧座弹簧P2阀芯阀座P1abd2Ax?Apm?F?dt2Ax+KAx=O(5)x=xO式中，m为阀芯质量与1/3弹簧质量之和；F为阀芯承受压力差的有效面积；K为弹簧刚度。式(5)左边第一项为惯性力，第二项为液压力，第三项为弹簧力。将式(4)代入式(5)得到:xd2Ax2pAFm+(3+K)Ax=O(6)2dtxO式

7、(6)即为“质量■弹簧”振动系统的无阻尼振荡的运动微分方程，其振荡频率3可表示为：pldlda3(7)(8)将式(3)代入式(7)得:图1锥阀式单向阀结构示意图s为避免出现共振，在工程设计时，就必须使这个固有频率与泵或其它振动源的频率错开。单向阀另一种可能出现的振动是自振，即由阀本身特性带来的自激振动。根据(3)式知道，液体通过单向阀时受到局部阻力，产生节流损失为：△p=pl?p2=©(x)Q2(9)式中，0(x)为阻力系数；pl、p2为阀芯节流前后压力。阻力系数匚(x)是阀芯开度x的函数。从式⑼可见，如果进口压力pl为常数，Q

8、不变,p2则完全决定于匚(x)值。根据实际研究的结果[2],E(x)与开度x的关系曲线如图2所示。从图2中可以看出，匚(x)为非单调函数。图中实线为阀芯沿打开方向运动时的g(x)值，虚线为阀芯沿关闭方向图2阻力系数曲线Q二Cf(2)式中，Q为通过开口的流量；C为