[发明专利]一种用于液压阀的减振装置及设计方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，卡套与基座相连，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。

本发明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)(F_c1-(F_t1-F_c1).exp(-α₁|v₁|)+B₁v₁. (2)

式中：v₁为主阀阀芯速度，F_c1为主阀阀芯所受库伦摩擦力，F_t1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F_s1为主阀阀芯所受稳态液动力，由下式确定：

F_s1＝C_dC_vπD₁ysin(2α)p₁. (3)

式中：C_d为流量系数；C_v为速度系数；D₁为主阀阀口直径，α为主阀阀芯半锥角。