一种用于液压阀的减振装置及设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于液压阀的减振装置及设计方法，减振装置包括纵向减振橡胶套、卡套、径向减振橡胶套以及支撑件，装置的卡套用于安装径向减振橡胶套，与基座固连，支撑件与液压阀阀块组件螺纹连接，纵向减振橡胶套用于降低纵向振动对液压阀的影响，径向减振橡胶套用于降低径向振动对液压阀的影响，同时提供了一种基于特定液压阀在不同方向振动下可靠性区域确定减振橡胶套尺寸参数的设计方法。本发明专利技术为可拆卸结构，可以随时更换橡胶配件，设计简单，安装方便，制造成本低，可以降低多个方向的基座振动对液压阀的影响，具有一定的工程指导意义。

Vibration damping device and design method for hydraulic valve

The invention discloses a damping device and design method of hydraulic valve, the damping device comprises a longitudinal vibration damping rubber sleeve, sleeve, radial damping rubber sleeve and a supporting member, the clamping device for the installation of the radial damping rubber sleeve, and the base is fixed, the support piece is connected with the hydraulic valve block assembly screw, longitudinal vibration the rubber sleeve is used to reduce the influence of longitudinal vibration of hydraulic valve, radial damping rubber sleeve is used to reduce the effect of radial vibration of hydraulic valve, and provides a kind of vibration in different directions under the reliability region to determine the damping rubber sleeve size parameters based on the specific design method of hydraulic valve. The invention relates to a detachable structure can be replaced at any time, rubber parts, simple design, convenient installation, low manufacturing cost, can reduce the influence of base vibration directions of the hydraulic valve, and has a certain engineering significance.

【技术实现步骤摘要】
一种用于液压阀的减振装置及设计方法
本专利技术涉及液压阀减振领域，具体涉及一种用于液压阀的减振装置及设计方法。
技术介绍
液压系统作为硬岩掘进机TBM的关键系统之一，辅助硬岩掘进机完成推进，撑靴等动作，TBM的工作原理是利用刀具的旋转挤压隧道周围的岩石进行掘进，由于岩石存在缝隙，断层，TBM会在掘进过程中不可避免的产生强烈的振动，液压阀作为TBM液压系统的重要构件，在强振动下液压阀的动力学特性会发生改变，造成阀芯位移，压力以及流量上的波动，极大的影响TBM的工作稳定性。目前液压阀安装方面一般是先与配套的阀块连接后，再利用螺栓直接固连在基座上，基座的振动会直接传递到液压阀上，液压阀的工作稳定性仅仅取决于液压阀内部结构设计，比如阀芯弹簧设计以及流道口添加橡胶垫等，在强振动工况下，减振效果有限，如果采用在阀块底座直接垫橡胶垫或者弹簧的形式，也只能削弱一个方向的振动，并且不同的液压阀动力学特性不同，若采用相同的橡胶垫或弹簧在减振效果也具有较大差异性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于液压阀的减振装置，该减振装置的特征在于：主要通过橡胶进行减振，该装置具有两处减振橡胶套，一处主要用于削弱纵向振动对液压阀的影响；另一处主要用于削弱径向振动对液压阀的影响，液压阀阀块组件与装置的支撑件连接，卡套用于固定支撑件并与基座连接。减振装置由纵向减振橡胶套，卡套，支撑件和径向减振橡胶套组成，卡套表面开有通孔，与基座相连，卡套开有两处凹槽，一处位于卡套中间部位，用于安装径向减振橡胶套，另一处凹槽开在卡套表面，与支撑件配合，支撑件上开有螺纹孔，与液压阀配套阀块的螺栓相连，螺栓上套有纵向减振橡胶套。本专利技术同时提供了一种针对该装置的减振橡胶套的设计估算方法，建立起液压阀在振动下的动力学模型并进行仿真分析，针对相应的液压阀以及阀块，得出液压阀阀体在不同振动参数下的可靠性区域，然后基于可靠性区域，得出相应的减振率，从而设计减振装置的橡胶配件，以达到减振要求。橡胶配件的设计是通过以下技术方案来实现的：(1)建立液压阀在振动下的动力学方程，不同的液压阀其振动下的评定指标不同，对于电磁换向阀可根据其振动下阀芯位移的波动程度作为评价指标，对于溢流阀可根据在振动下的压力波动程度作为指标，对于调速阀可由其流量波动程度作为评价指标。以先导式溢流阀为研究对象，振动下先导式溢流阀的调定压力会发生波动，其会对阀体压力特性产生影响的振动类型主要有两类，一类是平行于主阀阀芯运动方向的纵向振动，另一类平行于先导阀阀芯运动方向的横向振动。主阀阀芯受力平衡方程为：式中：p1为主阀入口压力，p2为主阀上腔压力，A1为主阀下腔有效面积，A2为主阀上腔有效面积，y为主阀阀芯相对于基座的纵向位移，y0为主阀弹簧预压缩量，K1为主阀弹簧刚度，m1为主阀阀芯质量，F(t)为纵向振动加速度，当振动为简谐振动时，F(t)＝4f2π2Asin(2πft)，A为振动幅值，f为振动频率；当振动为随机振动时，F(t)的加速度功率谱密度为S1。ff1为主阀阀芯所受摩擦力，计算公式为：ff1＝sgn(v1)(Fc1-(Ft1-Fc1).exp(-α1|v1|)+B1v1.(2)式中：v1为主阀阀芯速度，Fc1为主阀阀芯所受库伦摩擦力，Ft1为主阀阀芯所受静摩擦力，α1为主阀阀芯速度模型系数；B1为主阀阀芯的黏性摩擦系数。式(1)中Fs1为主阀阀芯所受稳态液动力，由下式确定：Fs1＝CdCvπD1ysin(2α)p1.(3)式中：Cd为流量系数；Cv为速度系数；D1为主阀阀口直径，α为主阀阀芯半锥角。通过主阀阀口的流量Q1由下式计算：式中：ρ为油液密度；通过主阀阻尼孔流量q1可由下式计算：式中：d1为主阀阻尼孔直径，l1为主阀阻尼孔长度，μ为油液动力粘度，p2为先导阀前腔压力。通过先导阀阻尼孔流量q2可由下式计算：式中：d2为先导阀阻尼孔直径，l2为先导阀阻尼孔长度，p2为先导阀前腔压力。主阀前腔流量连续方程为式中：Q0为溢流阀入口流量，V1为主阀前腔容积，E为体积弹性模量。主阀上腔流量连续方程为式中：V2为主阀上腔容积。先导阀阀芯受力平衡方程为：式中：x为先导阀阀芯相对于基座的横向位移，p3为先导式阀前腔压力，A3为先导阀阀口面积，m2为先导阀阀芯质量，K2为先导阀弹簧刚度，x0为先导阀弹簧预压缩量，H(t)为纵向振动加速度，当振动为简谐振动时，H(t)＝4f2π2Asin(2πft)，A为振动幅值，f为振动频率；当振动为随机振动时，H(t)的加速度功率谱密度为S2。ff2为先导阀阀芯所受摩擦力，其计算公式为：ff2＝sgn(v2)(Fc2-(Ft2-Fc2).exp(-α2|v2|)+B2v2.(10)式中：v2为先导阀阀芯速度，Fc2为先导阀阀芯所受库伦摩擦力，Ft2为先导阀阀芯所受静摩擦力，α2为先导阀阀芯的速度模型系数；B2为先导阀阀芯的黏性摩擦系数。Fs2为先导阀阀芯所受稳态液动力，由下式确定：Fs2＝CdCvπD2xsin(2β)p3.(11)式中：D2为先导阀阀口直径，β为先导阀阀芯半锥角。通过先导阀阀口的流量Q2的连续方程为：先导阀前腔流量连续方程为式中：V3为先导阀前腔容积。根据以上建立的先导式溢流阀动力学数学模型，在Matlab/Simulink软件中建立相应的仿真模型，根据国标GB/T12241-2005的规定，溢流阀作为安全阀时，若稳态下调定压力偏差超过调定压力的±3％，该先导式溢流阀失效。根据此性能评价指标，可以绘制先导式溢流阀在不同振动参数下的可靠性区域，对于简谐振动可绘制频率f与振幅A下的可靠区域，而对于随机振动可绘制不同功率谱密度S以及频率带{f1，f2}下的可靠区域，根据可靠性区域可确定不同振动下所需的减振率。从而对橡胶配件尺寸参数进行设计。假设振动为简谐振动，其可靠性区域绘制方法如下：首先得出溢流阀在无振动下的调定压力值p0，然后设定不同的振动频率f与振幅A，仿真时间设定为0.8s，溢流阀在振动下达到稳态时其压力曲线会发生波动，假设0.1s后溢流阀达到稳态，记录0.1s-0.8s时间段内的数据值pi(i＝1,2,3,4...)，然后根据下式确定先导式溢流阀在给定的振动频率f与振幅A下是否发生失效：|pi-p0|max≤0.03p0(14)若一组的振动的频率f与振幅A满足上式，则溢流阀在此振动参数下可正常工作，若不满足，则先导式溢流阀在该振动参数下失效，从而可以绘制先导式溢流阀在不同的频率f与振幅A下的可靠性区域。(2)根据液压阀在振动下的可靠性区域及所需减振效果设计橡胶配件，用于径向与纵向振动的减振橡胶配件采用环状橡胶。橡胶杨氏模量与硬度的关系由下式计算：式中：Es为减振橡胶套静态杨氏模量，HA为减振橡胶邵氏硬度。橡胶剪切模量与杨氏模量关系由下式计算：式中：Gs为减振橡胶套静态剪切模量，υ为泊松比。橡胶减振套的固有频率fn计算公式为：式中：K为减振橡胶套的刚度，M为液压阀阀块组件总质量,N为减振装置个数。当振动为简谐振动时，减振率可由下式计算:式中：Td为橡胶的减振率，T为振动频率f下的传输率,振动传输率越低，减振率越高，r为振动频率f与固有频率fn的比值，η为无因次损耗因子。当振动为随机振动时，减振率可由下式计算:式中：S为横向或纵向振动的加速度功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于液压阀的减振装置，其特征在于：由纵向减振橡胶套，卡套，支撑件和径向减振橡胶套组成，卡套表面开有通孔，与基座相连，卡套开有两处凹槽，一处位于卡套中间部位，用于安装径向减振橡胶套，另一处凹槽开在卡套表面，与支撑件配合，支撑件上开有螺纹孔，与液压阀配套阀块的螺栓相连，螺栓上套有纵向减振橡胶套。

【技术特征摘要】
1.一种用于液压阀的减振装置，其特征在于：由纵向减振橡胶套，卡套，支撑件和径向减振橡胶套组成，卡套表面开有通孔，与基座相连，卡套开有两处凹槽，一处位于卡套中间部位，用于安装径向减振橡胶套，另一处凹槽开在卡套表面，与支撑件配合，支撑件上开有螺纹孔，与液压阀配套阀块的螺栓相连，螺栓上套有纵向减振橡胶套。2.如权利要求1所述的用于液压阀的减振装置，其特征在于：减振装置的安装数目与液压阀配套阀块的连接孔数量相同。3.如权利要求1所述的用于液压阀的减振装置，其特征在于：所述的支撑件端部设计成环状凸台结构，环状凸台与卡套表面的凹槽采取间隙配合，以保证液压阀组件在振动中不会滑脱；同时环状凸台上表面及底面保证较好的光洁度，凸台的侧面、上表面与卡套相应配合的内表面应留有间隙，以保证液压阀在受到径向振动时，基座的振动经橡胶减振作用后再传递到液压阀组件，同时保证支撑件不被卡死。4.如权利要求1所述的用于液压阀的减振装置的设计方法，其特征在于减振橡胶套的设计包括以下步骤：(1)建立液压阀在振动下的动力学方程，以先导式溢流阀为研究对象，振动下先导式溢流阀的调定压力会发生波动，其会对阀体压力特性产生影响的振动类型主要有两类，一类是平行于主阀阀芯运动方向的纵向振动，另一类平行于先导阀阀芯运动方向的横向振动；主阀阀芯受力平衡方程为：式中：p1为主阀入口压力，p2为主阀上腔压力，A1为主阀下腔有效面积，A2为主阀上腔有效面积，y为主阀阀芯相对于基座的纵向位移，y0为主阀弹簧预压缩量，K1为主阀弹簧刚度，m1为主阀阀芯质量，F(t)为纵向振动加速度，当振动为简谐振动时，F(t)＝4f2π2Asin(2πft)，A为振动幅值，f为振动频率；当振动随机振动时，F(t)的加速度功率谱密度为S1；ff1为主阀阀芯所受摩擦力，计算公式为：ff1＝sgn(v1)(Fc1-(Ft1-Fc1).exp(-α1|v1|)+B1v1.(2)式中：v1为主阀阀芯速度，Fc1为主阀阀芯所受库伦摩擦力，Ft1为主阀阀芯所受静摩擦力，α1为主阀阀芯速度模型系数；B1为主阀阀芯的黏性摩擦系数；式(1)中Fs1为主阀阀芯所受稳态液动力，由下式确定：Fs1＝CdCvπD1ysin(2α)p1.(3)式中：Cd为流量系数；Cv为速度系数；D1为主阀阀口直径，α为主阀阀芯半锥角；通过主阀阀口的流量Q1由下式计算：式中：ρ为油液密度；通过主阀阻尼孔流量q1由下式计算：式中：d1为主阀阻尼孔直径，l1为主阀阻尼孔长度，μ为油液动力粘度，p2为先导阀前腔压力。通过先导阀阻尼孔流量q2由下式计算：式中：d2为先导阀阻尼孔直径，l2为先导阀阻尼孔长度，p2为先导阀前腔压力；主阀前腔流量连续方程为式中：Q0为溢流阀入口流量，V1为主阀前腔容积，E为体积弹性模量；主阀上腔流量连续方程为式中：V2为主阀上腔容积；先导阀阀芯受力平衡方程为：式中：x为先导阀阀芯相对于基座的横向位移，p3为先导式阀前腔压力，A3为先导阀阀口面积，m2为先导阀阀芯质量，K2为先导阀弹簧刚度，x0为先导阀弹簧预压缩量，H(t)为纵向振动加速度，当振动为简谐振动时，H(t)＝4f2π2Asin(2πft)，A为振动幅值，f为振动频率；当振动随机振动时，H(t)的加速度功率谱密度为S2；ff2为先导阀阀芯所受摩擦力，其计算公式为：ff2＝sgn(v2)(Fc2-(Ft2-Fc2).exp(-α2|v2|)+B2v2.(10)式中：v2为先导阀阀芯速度，Fc2为先导阀阀芯所受库伦摩擦力，Ft2为先导阀阀芯所受静摩擦力，α2为先导阀阀芯的速度模型系数；B2为先导阀阀芯的黏性摩擦系数；Fs2为先导阀阀芯所受稳态液动力，由下式确定：Fs2＝CdCvπD2xsin(2β)p3.(11)式中：D2为先导阀阀口直径，β为先导阀阀芯半锥角；通过先导阀阀口的流量Q2的连续方程为：先导阀前腔流量连续方程为式中：V3为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠炯，包捷，周立强，李俊，陈朵云，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43