[发明专利]一种基于液力放大原理实现阀可控速度的快速开启方法及装置

说明书

一种基于液力放大原理实现阀可控速度的快速开启方法及装置属于流体力学的流体运动规律测量领域。高压液压系统中阀在启闭过程中，要完成液压的切断或导通，密封区域具有“强瞬变”的特征，包含了边界条件改变和空化引起的非定常流动，并伴随复杂的漩涡运动与强非线性相互作用。如何实现阀在高压条件下快速开启及速度的控制，了解这个过程中的流体的流动过程是很重要的。本专利基于帕斯卡原理，利用液力放大，能够实现高压条件下阀快速的开启及速度可控，还原动态情况下阀密封区域瞬态变化过程，结合高速摄影机和激光位移传感器，得到该区域流动过程和液力变化。

技术领域

本发明属于流体力学的流体流动规律测量领域，涉及一种基于液力放大原理实现阀可控速度的快速开启方法及装置。

背景技术

高压液压系统因其能够通过改变压强增大作用力从而被广泛应用，其实现过程具有强液力、高速度、快响应的“强瞬变”特点，例如在柴油机的高压油路中利用高压液压系统控制喷油器针阀的开闭。

阀是实现高压液压系统运行的关键，在这一过程中阀的密封面区域决定了切换过程的时间，流体的动态空化流动过程决定了阀的控制作用力。

在实际工程中，由于液压系统中应用的阀体积较小，且高压液压系统具有“强瞬变”特点。因此，其流体的动态空化流动过程及作用在阀上的液力变化难以测量。

本发明提出一种基于液力放大原理实现阀在高压条件下快速开启及速度可控的方法和测量装置，可以实现在高压条件下阀的动态快速开启及速度可控，模拟高压液压系统内的“强瞬变”过程，从而了解高压液压系统流体的动态空化流动过程及液力变化。

发明内容

在本发明中，电控阀(4)可快速开启，随着电控阀(4)位移X的不断增加，通过泄流孔(6)的流体流量Q不断增加,P₂下降即作用在阀上的力F₂减小。如图2所示，当F₂减小至小于F₁的瞬间(T₁时刻)阀(1)迅速向右移动，从而模拟高压液压系统的“强瞬变”过程。

如图1，球阀(1)所在管路前后设计为变截面，根据帕斯卡原理：

球阀前后压力不同，利用压差形成作用力放大，改变背压(小压力，慢响应)实现阀作用力(大压力，快响应)，控制电控阀(4)的开启，可实现高压液压系统内阀在0.3-3ms内快速开启。控制室内压力P₂下降，控制室内流体及弹簧作用在阀(1)上的力F₂减小，P₁恒定高压油源来流作用在阀(1)上的力F₁为定值，

基于帕斯卡原理，通过调节阀前后面积比或控制室(7)内的压力变化速度，可以实现球阀(1)开启速度的可控。其中控制室(7)内的压力变化速度可通过调节控制室内的流体流动速率来调节，即通过调节泄流孔(6)的大小来实现。

在球阀(1)的尾端设置带有弹簧的挡板，控制室右侧安装位移传感器，当球阀移动后，位移传感器记录挡板位移L变化过程，可得到作用在挡板上力的变化：

F₂＝P₂A₂+kL (3)

在控制室及管道内设置压力传感器，根据公式(3)，得到作用在挡板上力的变化，可进一步获得高压液压系统“强瞬变”过程中的液力变化。

球阀(1)左侧变截面处设置可视化窗口，可视化窗口上方位置安装高速摄影机记录过程中流体动态空化流动过程。