一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法

摘要

本发明涉及一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法，该装置包括阀体、设置在阀体上射流区域的射流接收器、与射流区域正对设置并通过力矩马达控制位移的射流喷嘴以及通过检测孔与射流喷嘴连接的压力传感器。与现有技术相比，本发明具有检测方法简单，准确度高、效率高、可信度高等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及射流管伺服阀技术领域，尤其是涉及一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法。

背景技术

射流管伺服阀最早出现在第二次世界大战期间，德国Askania公司首先发明了射流管伺服阀。射流管阀因其具有故障安全功能已广泛运用于民用、军用航空航天设备的液压系统中。1957年R.Atchley在Askania(参考专利文献：R.D.Atchley.Servo-mechanism:US2884907A[P].1957-8-30)的原理基础上发明了两级射流管伺服阀。Gerald C.Zoller(参考专利文献：Gerald C.Zoller.Variable gain jet pipe servo vavle:US3589238A[P].1969-2-24)在射流管伺服阀前置级内固定的喷嘴与接收孔之间位置安装了一个可移动的圆环形射流引导腔，通过改变引导腔与喷嘴、接收孔之间的相对位置从而达到调节恢复压力的目的。1971年Clyde E.Cobb(参考专利文献：Clyde E Cobb,Charles Ejones.Adjustable receiver port construction for jet pipe servovavle:US3584638A[P].1971-6-15)等人发明了接收孔可调节的射流管伺服阀，其前置级两个接收孔直接设置在主阀芯上，两个接收孔相对喷嘴的位置可以通过主阀芯的径向调节而调节，从而起到调节接收孔恢复压力的作用。1987年Richard D.Bartholomew(参考专利文献：Richard D.Bartholomew.Optical feedback loop system for a hydraulicservovalve:US4660589A[P].1986-3-3)采用电磁定位器代替传统的液控和电控定位器，这种反馈方式比机械反馈更加精准。在各种调节接收孔恢复压力的方法中，核心是调节喷嘴与接收孔的相对位置，使喷嘴在力矩马达驱动下的运动轨迹发生改变，从而使得喷嘴射流流入接收孔内的流量产生变化，继而达到调节恢复压力的目的。由于伺服阀的工作环境复杂，在工作过程中容易受到多种因素的影响，导致喷嘴位置的偏移，进而出现射流轴线轨迹的变化，而这种变化带来的影响往往是不利的。所以，一种可以按照人们意愿来调节射流轴线轨迹的方法的提出是必要的。

由于三通射流管伺服阀工作于封闭空间，其射流轴线轨迹无法直接检测。目前，人们调整射流轴线轨迹的方法大都是基于经验、直觉、手感等，该类方法缺乏专业性，且不直观。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三通射流管伺服阀射流轴线轨迹调试装置，该装置包括阀体、设置在阀体上射流区域的射流接收器、与射流区域正对设置并通过力矩马达控制位移的射流喷嘴以及通过检测孔与射流喷嘴连接的压力传感器。

优选地，所述的射流接收器为倒圆柱台形，下部固定在射流区域内，上部与射流喷嘴相对设置，其上端面上分别设有射流接收孔、上压力检测孔和下压力检测孔，所述的射流接收孔与设置阀体内的接收长孔连通，上压力检测孔和下压力检测孔分别通过右检测长孔和左检测长孔与压力差值传感器连接。

优选地，所述的射流接收孔为一垂直于射流接收器上端面的直孔，所述的上压力检测孔和下压力检测孔均为斜孔，且呈空间八字形对称设置，为防止压力检测孔与射流接收孔发生干涉，射流接收孔的轴线分别与上压力检测孔和下压力检测孔的轴线间夹角为15°～35°，优选30°。

优选地，所述的上压力检测孔和下压力检测孔的圆心连线的中垂线通过射流接收孔的圆心。

优选地，所述的上压力检测孔和下压力检测孔的半径R’为射流接收孔半径R的一半。

优选地，所述的上压力检测孔和下压力检测孔的圆心距为R’+0.02mm。

一种调试方法，包括以下步骤：

1)在阀体两侧连接好压力差值传感器，放置射流喷嘴在初始位置，开启驱动力矩马达，使射流喷嘴在力矩马达的作用下完成从初始位置到终点处的移动过程；

2)在射流喷嘴移动过程中，获取两侧压力检测孔的压力差值，根据压力差判断射流轴线轨迹是否符合要求；

3)当射流轴线轨迹符合要求时，即与x轴重合或平行且相距为设定的预期值，卸下压力差值传感器，使用密封螺钉封闭检测长孔，完成射流轴线轨迹的调试；

4)当射流轴线轨迹不符合要求时，重新调整喷嘴安装位置，并返回步骤1)。

所述的步骤2)中：

当两侧压力传感器的压力值之差恒定为零时，则射流轴线轨迹与x轴重合，判定符合要求；

当两侧压力传感器的压力值不为零且压力差恒定为一非零值时，则射流轴线轨迹与x轴平行，且相距为一定值，判定符合要求；

当两侧压力传感器的压力值之差无规则变化时，则射流轴线轨迹与x轴不平行，判定不符合要求。

所述的x轴为上压力检测孔和下压力检测孔的圆心连线的中垂线。

所述的上压力检测孔和下压力检测孔的圆心均位于初始射流状态下的紊流区域与初始射流状态下的等速核心区域形成的环状区域内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用压力差值传感器来记录两压力检测孔的压力差，测量过程更为便捷。

2、本发明可以根据检测到的压力差值来判断三通射流伺服阀射流轴线轨迹，相比根据经验、直觉、手感等传统的判断方法更为直观，可信度更高。

3、检测灵敏度高、准确性好，为适应于通射流伺服阀，本发明的射流接收器在中央开设一个射流接收孔，有效的避免了开设两个压力检测孔时会受到更多的位置限制，导致接受流量有限，灵敏度不高，而三通伺服阀中由于只有一个射流接收孔，所以能更自由的设置两个压力检测孔的位置，检测灵敏度更高。

4、检测方法简单，效率高。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的射流管式电液伺服减压阀结构示意图。

图2是本发明的一种实施例的自由喷嘴射流流场几何关系图。

图3是本发明的一种实施例的接收器平面示意图。

图4是本发明的一种实施例的接收器三维示意图。

图5是本发明的实施例中射流轴线轨迹的四种不同情况。

图6是本发明的实施例中四种不同情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势，其中，图(6a)为a情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势，图(6b)为b情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势，图(6c)为c情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势，图(6d)为d情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势。

图7是本发明的实施例中四种不同情况下上下压力检测孔所对应的压差变化，其中，图(7a)为a情况下上下压力检测孔所对应的压差变化，图(7b)为b情况下上下压力检测孔所对应的压差变化，图(7c)为c情况下上下压力检测孔所对应的压差变化，图(7d)为d情况下上下压力检测孔所对应的压差变化。

图中标记说明：

1、阀体，2、阀芯，3、弹簧，4、压力差值传感器，5、右检测长孔，5’、左检测长孔，6、先导回油口，7、射流接收孔，8、上压力检测孔，8’、下压力检测孔，9、初始射流状态下的紊流区域，10、初始射流状态下的等速核心区域，11、射流束运动终点处的等速核心区域，12、射流束运动终点处的紊流区域，13、力矩马达，14、挠性供油管，15、射流喷嘴，16、射流接收器，17、接受长孔，P、供油口，C、控制油口，T、回油口，O、坐标原点，O₁、初始射流状态下等速核心区截面圆圆心，P₁、上压力检测孔截面圆圆心，P₂、下压力检测孔截面圆圆心，Δ、阀口开度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明的射流管式电液伺服减压阀由阀体1、阀芯2、弹簧3、力矩马达13、挠性供油管14、射流喷嘴15、射流接收器16组成，射流接收器16上的射流接收孔7与阀芯右腔相连，在射流管式伺服减压阀输入控制电流为零时，力矩马达13无动作，如图3所示，此时投影在射流接收器13上的射流流束紊流区为截面圆9，等速核心区为截面圆10，圆心为O₁，且紊流区截面圆9与射流接收孔7的外圆相切，接收孔7接受的能量为零，阀芯在左侧弹簧的作用下处于右侧位置。施加控制电流后，在力矩马达13的驱动下，射流喷嘴15向左偏移，射流接收器16上的接收孔7接收的射流能量逐渐增多，在阀芯右端产生的压力逐渐增大。由于阀芯左端受到弹簧的作用力，当接收孔内的压力大于弹簧弹力时，阀芯2向左端移动，阀口开度Δ增大，从供油口P进入的一部分压力油通过开启的阀口与控制油口C相连通，最终进入到阀芯2左侧，起到反馈作用，避免了阀芯2瞬时位移过大问题。当阀芯2两端压力相等形成新的力平衡后阀芯稳定在某一工作位置。此时，主阀芯2的偏移量与控制电流成比例。射流管15最远可运动至射流接收孔7正上方，此时投影在射流接收器16上的射流流束紊流区为截面圆12，等速核心区为截面圆11，该时刻射流束紊流区截面圆12圆心与射流接收孔7圆心重合，即为坐标原点O，该点为射流轴线轨迹的终点，此时射流管接收孔7接收的能量达到最大值。

如图2所示，射流油液经射流喷嘴15射入静止的同种流体，在射流与接收孔表面接触之前，认为射流不受冲击表面的影响，故相当于射入了一个无限空间的静止流体，为自由淹没紊动射流，其流束呈图中虚线所示，包括等速核心区和紊流区，其中等速核心区射流速度为v₀,紊流区射流速度为v。本实例中射流喷嘴15与接收孔7直径均为D＝2R，喷嘴15出口距接收器16平面的距离一般为L≈(1～1.4)D。根据Zalmanzon和Semikova对不可压缩紊流的喷射范畴内提出的压力分布的精确数字描述，当射流喷射角α＝14°时，恒速核心区角度γ＝11°26',等速核心区的长度是5D。本实施例中射流喷嘴15距射流接收器平面的距离取L＝1.2D，由图中的几何关系得：

等速核心区流束直径

剪切层流束直径

如图3所示，射流接收器上的两个压力检测孔8、8’分别位于射流接收孔两侧，射流接收孔7的中心位于两压力检测孔8、8’的中心连线P1P2的中垂线上，R为射流接收孔的半径，为压力检测孔半径。安装时，按要求在P1P2中垂线方向上前后调整射流喷嘴15位置，使检测小孔8、8’处压力差值及其变化符合预期。当要求射流轴线与x轴重合时，上下检测孔8、8’处检测得到的压力差值应恒为零；当要求射流轴线与x轴平行且相距某一定值时，上下检测小孔8、8’处的压力差值在在一定区间内应为一非零定值。当检测到两检测小孔处的压力差值无规则变化时，说明射流轴线轨迹与x轴不平行，一般可判定为不合要求，则需继续调整射流喷嘴15的位置。上下检测小孔8、8’对称的开在射流接收孔7两侧，假设上方检测小孔8在图中的坐标为(x,y)，为保证检测小孔在射流管摆动过程中能最大限度的接收射流管能量，在此将检测小孔设置在靠近初始射流处，并尽量处在其等速核心区处。则由图示几何关系得

将检测小孔设置在靠近初始射流处保证了检测孔接收压力的辨识度，为了使射流管运动到终点位置时仍有一定的检测压力，且两检测孔8、8’均不与射流接收孔7发生干涉，则根据图示几何关系有：

同时为保证检测小孔8在位置一定时能尽量大的提高其输出压力，检测孔8、8’应尽量多的接收等速核心区和剪切层的射流束，因此检测孔应尽量处在圆9与圆10之间区域，则由图示几何关系可得其半径范围：

取检测小孔半径R'＝0.5R。根据现有加工技术，可保证两相邻加工孔之间的实体距离达到毫米级精度，该实例取检测小孔8的下边缘、检测小孔8’的上边缘之间的实体距离为0.02mm，即检测小孔8的下边缘、检测小孔8’的上边缘距x轴距离均为0.01mm。检测小孔9的y坐标值即得到了确定，y＝0.5R+0.01。根据以上已知条件，不等式(2)可化为：

综合考虑了不等式(1)、(2)、(3)的限制条件，本实例中取最终得到两检测小孔8、8’的坐标分别为(1.6R,0.5R+0.01)、(1.6R,-0.5R-0.01)。两检测小孔8、8’关于x轴对称。

如图4所示，射流接收器16上的两压力检测孔8、8’关于射流接收孔7对称分布，在空间中呈八字形设置，为了与射流接收孔7、接收长孔17均不发生干涉，两压力检测孔8、8’的轴线与射流接收孔7轴线间夹角范围为15°～35°，本例中优选取夹角为30°。两检测小孔中心距离为R+0.02(mm)，检测孔半径为R’＝0.5R，射流接收孔的半径为R。射流接收器16呈倒置的凸台状，其尾部设有两对称的纵切面，两压力检测孔通过与之相连的两检测长孔与压力差值传感器相连接。在通入电流驱动力矩马达从而带动喷嘴移动的过程中，记录两检测孔8、8’的压力差值。当压力差值恒定为零时，说明射流轴线轨迹与x轴重合；当出现在一段区间内，压力差值恒定为一非零值，说明射流轴线轨迹与x轴平行，且相距为一定值；当压力差值无规则变化时，说明射流轴线与x轴不平行，一般判定该种情况为不合要求，需将射流喷嘴15的位置进行微调，使其尽量处在垂直于y轴且过x轴的平面上，从而保证射流轴线轨迹达到理想情况。

如图5所示，a、b、c、d分别对应射流喷嘴15受力矩马达驱动而移动过程中的四种典型射流轨迹情况。其中a为射流轴线轨迹与x轴重合的情况，b为与x轴平行且相距一定距离的情况，c、d为两种不同的射流轴线轨迹与x轴不平行的情况。在这这四种不同的射流轴线轨迹中，a、b为符合要求的射流轴线轨迹，c、d为不符合要求的射流轴线轨迹。

图6是本发明的实施例中a、b、c、d四种不同情况下压力检测孔所对应的压力变化趋势。如上所述，a为射流轴线轨迹与x轴重合的情况，该情况下，压力检测孔8和8’有完全一致的压力变化趋势。b为与x轴平行且相距一定距离的情况，两检测孔的压力值在均不为零的情况下具有相似的变化趋势。在c、d两种情况下，两检测压力孔8、8’测得的压力值无规律变化。

图7是本发明的实施例中a、b、c、d四种不同情况下压力检测孔8与8’之间压力差值的变化。如上所述，a为射流轴线轨迹与x轴重合的情况，该情况下，两压力检测孔处检测到的压力差值恒为零。b为与x轴平行且相距一定距离的情况，在两检测孔的压力值均不为零的情况下其差值为一定值。在c、d两种情况下，两压力检测孔的压力差值无规律变化。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。