[發明專利]一種用于液壓閥的減振裝置及設計方法

有效

• 申請號: 201710227742.1
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN106870497B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 楊忠炯;包捷;周立強;李俊;陳朵云
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 陸薇薇

技術領域

本發明涉及液壓閥減振領域，具體涉及一種用于液壓閥的減振裝置及設計方法。

背景技術

液壓系統作為硬巖掘進機TBM的關鍵系統之一，輔助硬巖掘進機完成推進，撐靴等動作，TBM的工作原理是利用刀具的旋轉擠壓隧道周圍的巖石進行掘進，由于巖石存在縫隙，斷層，TBM會在掘進過程中不可避免的產生強烈的振動，液壓閥作為TBM液壓系統的重要構件，在強振動下液壓閥的動力學特性會發生改變，造成閥芯位移，壓力以及流量上的波動，極大的影響TBM的工作穩定性。

目前液壓閥安裝方面一般是先與配套的閥塊連接后，再利用螺栓直接固連在基座上，基座的振動會直接傳遞到液壓閥上，液壓閥的工作穩定性僅僅取決于液壓閥內部結構設計，比如閥芯彈簧設計以及流道口添加橡膠墊等，在強振動工況下，減振效果有限，如果采用在閥塊底座直接墊橡膠墊或者彈簧的形式，也只能削弱一個方向的振動，并且不同的液壓閥動力學特性不同，若采用相同的橡膠墊或彈簧在減振效果也具有較大差異性。

發明內容

本發明提供了一種用于液壓閥的減振裝置，該減振裝置的特征在于：主要通過橡膠進行減振，該裝置具有兩處減振橡膠套，一處主要用于削弱縱向振動對液壓閥的影響；另一處主要用于削弱徑向振動對液壓閥的影響，液壓閥閥塊組件與裝置的支撐件連接，卡套用于固定支撐件并與基座連接。減振裝置由縱向減振橡膠套，卡套，支撐件和徑向減振橡膠套組成，卡套表面開有通孔，卡套與基座相連，卡套開有兩處凹槽，一處位于卡套中間部位，用于安裝徑向減振橡膠套，另一處凹槽開在卡套表面，與支撐件配合，支撐件上開有螺紋孔，與液壓閥配套閥塊的螺栓相連，螺栓上套有縱向減振橡膠套。

本發明同時提供了一種針對該裝置的減振橡膠套的設計估算方法，建立起液壓閥在振動下的動力學模型并進行仿真分析，針對相應的液壓閥以及閥塊，得出液壓閥閥體在不同振動參數下的可靠性區域，然后基于可靠性區域，得出相應的減振率，從而設計減振裝置的橡膠配件，以達到減振要求。

橡膠配件的設計是通過以下技術方案來實現的：

(1)建立液壓閥在振動下的動力學方程，不同的液壓閥其振動下的評定指標不同，對于電磁換向閥可根據其振動下閥芯位移的波動程度作為評價指標，對于溢流閥可根據在振動下的壓力波動程度作為指標，對于調速閥可由其流量波動程度作為評價指標。以先導式溢流閥為研究對象，振動下先導式溢流閥的調定壓力會發生波動，其會對閥體壓力特性產生影響的振動類型主要有兩類，一類是平行于主閥閥芯運動方向的縱向振動，另一類平行于先導閥閥芯運動方向的橫向振動。

主閥閥芯受力平衡方程為：

式中：p₁為主閥入口壓力，p₂為主閥上腔壓力，A₁為主閥下腔有效面積，A₂為主閥上腔有效面積，y為主閥閥芯相對于基座的縱向位移，y₀為主閥彈簧預壓縮量，K₁為主閥彈簧剛度，m₁為主閥閥芯質量，F(t)為縱向振動加速度，當振動為簡諧振動時，F(t)＝4f²π²Asin(2πft)，A為振動幅值，f為振動頻率；當振動為隨機振動時，F(t)的加速度功率譜密度為S₁。

ff₁為主閥閥芯所受摩擦力，計算公式為：

ff₁＝sgn(v₁)(F_c1-(F_t1-F_c1).exp(-α₁|v₁|)+B₁v₁. (2)

式中：v₁為主閥閥芯速度，F_c1為主閥閥芯所受庫倫摩擦力，F_t1為主閥閥芯所受靜摩擦力，α₁為主閥閥芯速度模型系數；B₁為主閥閥芯的黏性摩擦系數。

式(1)中F_s1為主閥閥芯所受穩態液動力，由下式確定：

F_s1＝C_dC_vπD₁ysin(2α)p₁. (3)

式中：C_d為流量系數；C_v為速度系數；D₁為主閥閥口直徑，α為主閥閥芯半錐角。