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GCH1 2FZ80BH100-D0

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1.2 高速開關(guān)閥閥體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與創(chuàng)新

高速開關(guān)閥常用的閥芯結(jié)構(gòu)為球閥式和錐閥式。浙江大學(xué)周盛研究了不同閥芯閥體結(jié)構(gòu)液動力的影響及補償方法。通過對閥口射流流場進行試驗研究，對流場內(nèi)氣穴現(xiàn)象及壓力分布進行觀測和測量。美國BKM公司與貴州紅林機械有限公司合作研發(fā)生產(chǎn)了一種螺紋插裝式的高速開關(guān)閥(HSV)，使用球閥結(jié)構(gòu)，通過液壓力實現(xiàn)銜鐵的復(fù)位，避免彈簧復(fù)位時由于疲勞帶來復(fù)位失效的影響。推桿與分離銷可以調(diào)節(jié)球閥開度，且具有自動對中功能。該閥采用脈寬調(diào)制信號(占空比為20%~80%)控制，壓力最高可達(dá)20MPa，流量為2~9L/min，啟閉時間≤3.5ms。該高速開關(guān)閥代表了國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化高速開關(guān)閥的先進水平，如圖4所示。

美國Caterpillar公司研發(fā)了一款錐閥式高速開關(guān)閥，如圖5所示。該閥的閥芯設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)，降低了運動質(zhì)量，提高了響應(yīng)速度與加速度。其將復(fù)位彈簧從銜鐵位置移動至閥芯中間部位，使得閥芯在尾部受到電磁力，中間部位受到彈簧回復(fù)力，在運動過程中更加穩(wěn)定。但是此設(shè)計使得閥芯前后座有較高的同軸度要求，初始?xì)庀杜c閥芯行程調(diào)節(jié)較難，加工難度高，制造成本大。該閥開啟、關(guān)閉時間為1ms左右，目前已經(jīng)在電控燃油噴射系統(tǒng)中得到運用。美國Sturman Industries公司開發(fā)了基于數(shù)字閥的電噴系統(tǒng)，其系統(tǒng)所用高速開關(guān)閥最小響應(yīng)時間可達(dá)0.15ms。



圖4 貴州紅林HSV高速開關(guān)閥Fig.4 HSV high-speed on/off valve



圖5 Caterpillar公司的錐閥式高速開關(guān)閥Fig.5 Poppet high-speed on/off valve of Caterpillar

除了采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高速開關(guān)閥，新型的數(shù)字閥結(jié)構(gòu)也是研究的重點。明尼蘇達(dá)大學(xué)(University of Minnesota)設(shè)計了一種通過PWM信號控制的高速開關(guān)轉(zhuǎn)閥，如圖6所示。該閥的閥芯表面呈螺旋形，PWM信號與閥芯的轉(zhuǎn)速成比例。傳統(tǒng)直線運動閥芯運動需要克服閥芯慣性而造成的電機械轉(zhuǎn)換器功率較大，而該閥的驅(qū)動功率與閥芯行程無關(guān)。從實驗結(jié)果可知，在試驗壓力小于10 MPa的情況下，該閥流量可以達(dá)到40L/min，頻響100Hz，驅(qū)動功率30 W。

浙江工業(yè)大學(xué)在2D電液數(shù)字換向閥方面展開研究，如圖7所示。其利用三位四通2D數(shù)字伺服閥，在閥套的內(nèi)表面對稱的開一對螺旋槽。通過低壓孔、高壓孔與螺旋槽構(gòu)成的面積，推動閥芯左右移動。步進電機通過傳動機構(gòu)驅(qū)動閥芯在一定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。該閥利用旋轉(zhuǎn)電磁鐵和撥桿撥叉機構(gòu)驅(qū)動閥芯作旋轉(zhuǎn)運動;由油液壓力差推動閥芯作軸向移動，實現(xiàn)閥口的高速開啟與關(guān)閉。當(dāng)用旋轉(zhuǎn)電磁鐵驅(qū)動時，在28 MPa工作壓力下，閥芯軸向行程為0.8mm，開啟時間約為18ms，6mm通徑閥流量高達(dá)60L/min。

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