一種可調試噴嘴軸線位置的射流管伺服閥及調試方法與流程
2023-09-15 15:57:35 2
本發明涉及機械工程的機械零件與傳動裝置和流體控制技術領域，尤其是涉及一種可調試噴嘴軸線位置的射流管伺服閥及調試方法。
背景技術：
射流管伺服閥出現在20世紀50年代，經過數十年的發展，射流管伺服閥因其具有響應快速、抗汙染能力強、可靠性高等優點，已廣泛應用於民用、軍用航空航天設備的液壓系統中，但是由於其結構、各級零部件的加工裝配限制，其內洩漏較大。
國外射流管伺服閥製造企業主要有moog、mts、honeywell等。第二次世界大戰期間，德國askania公司首先發明了射流管伺服閥。
在結構方面，單級射流管伺服閥出現後，陸續出現接收器與滑閥一體化的射流管伺服閥。1957年r.atchley在askania公司射流原理的基礎上改進並提出兩級射流管伺服閥。1981年，robertd.nicholson提出嵌入式射流配流器結構。1985年，howardb.kast提出傾斜式滑閥端面配流的射流管伺服閥結構，採用滑閥端面溝槽進行射流管限位。1987年，harrym.sloate等提出一種旋轉配流式射流管伺服閥結構。繞性管的出現使得射流管伺服閥的液壓部分和電氣部分可以適當分離，大大提高了射流管伺服閥的實用性，後來廣泛用於航空飛行器的作動器動力控制。21世紀以來，偏轉板、射流形式、接收器形狀等均有不同程度的創新。
在反饋控制信號方面，20世紀70年代以來，射流管伺服閥逐步用於數字控制。1967年，ge公司將射流管電液伺服閥用於氣體渦輪發動機等的噴嘴面積控制，通過感受氣體溫度信號，採用射流管閥作為先導級來控制活塞的移動，從而控制發動機噴嘴的面積。1979年，honeywell公司採取檢測射流管的壓差並通過機械彈簧進行反饋的方法，實現兩級射流管伺服閥的反饋控制。1983年robertd.nicholson提出採用電磁定位器代替傳統的液控和電控定位器。1987年richardd.bartholomew提出採用光學反饋系統來控制噴嘴位置。1987年，播音披露了利用光纖進行射流管位置反饋實現射流管伺服閥的閉環控制。2002年，kennethe.hart.提出採用低溫報警信號控制射流管先導式三級伺服閥控制液壓馬達變量機構。
在安裝檢測方面，2016年，同濟大學誾耀保提出將力矩馬達底板安裝在噴嘴對中測試基座上，通過觀察射流玻璃柱在射流檢測板上的衝擊點位置及軌跡，判斷是否對中，以減少射流管伺服閥零漂誤差。
目前，射流管伺服閥在安裝時缺乏嚴格的對中檢測意識，而實際上安裝誤差會極大的增加射流管伺服閥的洩漏率，本專利提出一種檢測方法，旨在保證射流管伺服閥噴嘴軸線位於兩射流接收孔軸線所在平面內，從而提高射流管伺服閥的流量利用率，減少內洩漏。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種確保對中安裝、降低流量洩漏率的調試噴嘴軸線位置的調試射流管伺服閥及調試方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種可調試噴嘴軸線位置的射流管伺服閥，用以保證射流管伺服閥射流噴嘴在前後方向上對中安裝，該射流管伺服閥包括閥體、設置在閥體上部通過力矩馬達控制的射流噴嘴、設置閥體兩端的調試端蓋、壓力檢測裝置、設置在閥體內的閥套、設置在閥套內的閥芯以及嵌設在閥芯上與射流噴嘴正對設置的射流接收座，所述的射流接收座上表面設有兩個射流接收孔，兩個射流接收孔分別通過設置在閥套壁內的接收長孔與閥套內的閥芯兩端腔體連通，所述的壓力檢測裝置包括設置在射流接收座上的兩個壓力檢測孔以及設置在調試端蓋上的第一壓力傳感器，兩個壓力檢測孔分別通過設置在閥套壁內的檢測長孔與壓力傳感器連接。
所述的兩個射流接收孔的中心連線與兩個壓力檢測孔的中心連線相互垂直。
所述的射流接收座呈倒置的凸臺狀，其凸臺頭部固定嵌入到閥套上的安裝孔中，尾部設有兩對稱的縱切面，尾部上表面上開設壓力檢測孔和射流接收孔，兩個壓力檢測孔和兩個射流接收孔均為斜孔，並且延伸到凸臺頭部，分別與閥套上對應的檢測長孔和接收長孔連通。
所述的兩個壓力檢測孔的軸線呈八字設置，其夾角為30度，所述的兩個射流接收孔的軸線呈八字設置，其夾角為30度。
所述的兩個壓力檢測孔在射流接收座上表面的孔中心距離為2r，孔徑為0.55-0.8r，所述的射流接收孔的孔徑為r。
所述的檢測長孔和接收長孔均呈水平設置，並且檢測長孔和接收長孔的孔徑相等。
所述的調試端蓋呈凸臺結構，中心處開設貫通的螺紋孔，其底部上開設弧形槽，凸臺部的外緣開設密封圈槽，所述的弧形槽內開設內螺紋孔，所述的第一壓力傳感器安裝在內螺紋孔內，所述的螺紋孔與閥套內的閥芯兩端腔體連通，其內設有第二壓力傳感器。
所述的調試端蓋凸臺部的弧形槽內設有密封圈，所述的調試端蓋底部在與閥體和閥套接觸處設有鎖緊環。
所述的弧形槽與檢測長孔連通。
一種噴嘴軸線位置調試方法，包括以下步驟：
1)在閥體兩端安裝調試端蓋，並連接好第一壓力傳感器，使射流噴嘴軸線正投影在射流接收座上表面的初始調試位置；
2)射流噴嘴噴射出的射流流束在到達接收座平面後依次通過壓力檢測孔和檢測長孔流到兩端端蓋的弧形槽中，安裝在內螺紋孔的第一壓力傳感器分別檢測兩檢測孔內的油液壓力，並且判斷壓力是否相等，若是，則進行步驟3)，若否，則進行步驟4)；
3)該初始位置對應的射流噴嘴中心軸線位於兩射流接收孔軸線所在平面內，沒有前後偏離，然後取下調試端蓋，使用密封螺釘塞住閥套上的檢測孔，裝配原配的端蓋完成噴嘴軸線位置調試；
4)該初始位置對應的射流噴嘴中心軸線前後偏離，前後調整噴嘴位置並返回步驟2)。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
一、確保對中安裝：本發明通過在射流接收座上開設檢測孔、閥套內開設檢測長孔、調試端蓋上安裝第一壓力傳感器，通過檢測兩射流接收孔中心連線兩側的檢測小孔內的壓力並判定是否相等，確定噴嘴軸線是否位於兩射流接收孔軸線所在平面內，從而提高兩接收孔的射流接收面積，進而提高射流管伺服閥的輸出流量。
二、降低流量洩漏率：由於洩漏率與噴嘴中心在射流接收孔中心中垂線上偏離距離正相關，因此，減小噴嘴中心在射流接收孔中心中垂線上偏離距離能夠顯著減小射流管伺服閥的內洩漏量。
附圖說明
圖1是本發明的一種實施例的射流管伺服閥結構示意圖。
圖2是本發明的一種實施例的射流接收座示意圖。
圖3是本發明的一種實施例的閥套示意圖。
圖4是本發明的一種實施例的調試端蓋示意圖。
圖5是本發明的一種實施例的射流口和射流接收孔布置示意圖。
圖6是本發明的一種實施例的自由噴嘴射流流場幾何關係圖。
圖7是本發明的一種實施例的接收座平面示意圖。
圖8是本發明的一種實施例的零位時流量接收示意圖。
圖9是本發明的洩漏率隨噴嘴中心在射流接收孔中心中垂線上偏離距離關係曲線。
圖10為本發明的調試流程圖。
其中：1、射流噴嘴，2、射流接收孔，3、射流接收座，4、反饋杆，5、第一壓力傳感器，6、閥芯，7、密封圈，8、調試端蓋，9、鎖緊環，10、供油口，11、負載口，12、回油口，13、閥套，14、力矩馬達，15、壓力檢測孔，16、接收長孔，17、檢測長孔，18、內螺紋孔，19、密封圈槽，20、螺紋孔，21、弧形槽，22、第二壓力傳感器。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例
實施例：
如圖1所示，該射流管伺服閥由力矩馬達14、射流噴嘴1、射流接收座3、反饋杆4、閥套13、閥芯6組成。射流接收座3上的兩射流接收孔2分別與閥芯6左右兩腔相連，射流接收座3插裝在閥套13上，閥芯6置於閥套13內，反饋杆4上端與射流噴嘴1相連，下端與主閥芯6相連。施加控制電流後，在力矩馬達14的驅動下射流噴嘴1發生偏移，射流接收座3的兩射流接收孔2接收的能量不再相同，形成壓力差推動主閥芯6移動，主閥芯6通過反饋杆4拖動射流管反向移動，形成新的力平衡後主閥芯6穩定在某一工作位置。此時，主閥芯6的偏移量與控制電流成比例。
如圖2所示，射流接收座3平面上兩射流接收孔2的中心連線中垂線對稱位置開設兩檢測小孔15。接收座上左右兩射流接收孔軸線呈「八」字形，夾角為30度。兩射流接收孔2亦呈「八」字形，夾角為30度。兩檢測小孔中心距離為2r，小孔直徑為0.55～0.8r，r為射流接收孔半徑。射流接收座3為凸臺狀，其尾部圓柱包含兩對稱縱切面，其頭部的檢測小孔15輸出通道軸線與射流接收孔2輸出通道軸線水平。安裝時，在兩射流接收孔2的中心連線中垂線方向上前後調整射流噴嘴1位置，使兩檢測小孔的輸出壓力相等，則可保證噴嘴1中心軸線位於兩射流接收孔2軸線所在平面內，從而保證噴嘴1在前後方向上對中安裝。
如圖3所示，閥套13上半部分開有與射流接收座3上的射流接收孔2相通的接收長孔16和與檢測小孔15相通的檢測長孔17，閥套13上檢測長孔17與接收長孔16的孔徑相等。射流管伺服閥在完成射流噴嘴1位置調整後，使用密封螺釘塞住閥套13上的檢測通道。
如圖4所示，調試端蓋8上開有弧形槽21、用於安裝第一壓力傳感器5的內螺紋孔18、恢復壓力檢測螺紋孔20、密封環槽19，弧形槽21與閥套13上的檢測長孔17對正，用於引出檢測小孔15內的油液，並在調試端蓋8上配備第一壓力傳感器5檢測其壓力。射流管伺服閥在完成射流噴嘴1位置調整後，將調試端蓋8替換為普通原配端蓋，並使用密封螺釘塞住閥套上的檢測長孔17。
如圖5所示，本實施例中，噴嘴1與射流接收孔2直徑均為d＝2r，噴嘴1出口距接收座3平面的距離一般為l≈(1～1.4)d，本實施例中取l＝1.2d。
如圖6所示，射流油液經噴嘴1噴出後，其流束呈圖中虛線所示，包括等速核心區和剪切層。根據zalmanzon和semikova對不可壓縮紊流的噴流理論，當α＝14°時，γ＝11°26′，等速核心區的長度是5d。本實施例中因射流噴嘴1出口至射流接收座3平面的距離l＝1.2d＝2.4r，則由圖示幾何關係得，
等速核心區流束直徑
剪切層流束直徑
如圖7所示，兩檢測小孔15對稱開設在射流接收座3平面上兩射流接收孔的中心連線中垂線上。為保證檢測小孔15的輸出壓力達到一定的辨識度，且降低加工難度，檢測小孔15應儘量多的接收等速核心區和剪切層的射流束，因此，檢測小孔15直徑
取兩檢測小孔15中心距離為2r，為防止檢測小孔15與射流接收孔2幹涉，檢測小孔15直徑
綜上，兩檢測小孔15中心相距2r時，檢測小孔15直徑0.55r＜d′＜0.8r為較合適的範圍，其中，r為射流接收孔半徑，本實施例中d′＝0.7r。
如圖8所示，對於噴嘴1中心在兩射流接收孔2的中心連線中垂線上偏離y0的射流管伺服閥而言，其流量利用率正比於圖6中剖面線部分的面積ar。將到達接收座平面的射流油液簡化為半徑為r的等速核心區流束，如圖6中虛線所示。在圖示坐標系中，兩圓曲線方程可表示為：
解得：
其中：
又由圓心or的坐標為(r,0)，圓心op的坐標為(0,y0)可得：
則圖中梭形陰影部分的面積可表示為
當射流噴嘴處於零位時，流量利用率為兩個上述梭形陰影面積與射流流注面積的比值，則洩漏率為：
流量洩漏率隨噴嘴中心偏離兩射流接收孔的中心連線中點的距離關係曲線如圖9所示。
圖9是本發明的一種實施例的洩漏率隨噴嘴1中心在射流接收孔2中心中垂線上偏離距離關係曲線。取噴嘴1射流等速核心區流束在接收座平面的半徑r＝r，橫坐標表示噴嘴1中心在兩射流接收孔2的中心連線中垂線上偏離距離y0與射流接收孔2半徑r的比值，縱坐標表示噴嘴1零位時的流量洩漏率。可見，在安裝時，當噴嘴1中心不偏離兩射流接收孔2的中心連線時，流量洩漏率達最小值。因此，在安裝時，保證射流管伺服閥噴嘴1軸線與兩射流接收孔2軸線共面是有效降低其洩漏的方法。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。