一种获得电液伺服阀圆角污染磨损性能退化的方法

摘要

本发明是一种获得电液伺服阀圆角污染磨损性能退化的方法，该方法以电液伺服阀的滑阀为研究对象，建立电液伺服阀圆角污染磨损的理论模型。将所建立的电液伺服阀圆角污染模型理论模型以仿真的形式在Matlab软件中的Simulink模块中搭建出来，通过模拟油液污染条件，得到舵机系统在实际油液污染条件下的伺服阀圆角退化曲线，对电液伺服阀圆角污染磨损模型的正确性进行了仿真验证。该仿真模型能够对舵机的电液伺服阀圆角的污染磨损情况进行定量分析，得到舵机的电液伺服阀圆角污染磨损退化曲线，并能够预测舵机元件的污染磨损寿命，具有重要的理论及工程价值。

主权项

一种获得电液伺服阀圆角污染磨损性能退化的方法，所述电液伺服阀圆角是指电液伺服阀的滑阀的阀芯(1)的工作棱边(2)在阀套(3)内运动的过程中，受油液内污染颗粒磨损而形成的圆角，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一、设定电液伺服阀圆角污染磨损的试验参数，该试验参数包括：1.1所述电液伺服阀的滑阀的阀芯(1)的侧面与阀套(3)的内表面之间的间隙为零，叠合量均为零，阀套(3)的节流口为矩形，滑阀的位移与流量为线性关系；1.2阀芯(1)在阀套(3)内的运动行程；1.3阀口(4)过流截面两端的压差恒定；1.4液压油的污染物等级由中国2006年修订的《航空工作液固体污染物分级》标准确定；1.5设定液压油的污染物的磨损颗粒为球形，该磨损颗粒采用空气滤清器细试验粉尘，磨损颗粒的综合密度为5000kg/m³，磨损颗粒的分布函数为：其中，N_D为每ml浓度为1mg/L的空气滤清器细试验粉尘溶液内颗粒尺寸大于D的所有微粒的数量，D取1‑100μm，所述溶液的溶剂为一级航空液压油；1.6设磨损颗粒发生碰撞时的入射速度相同，均为油液速度，设磨损颗粒的入射角度均为30度，所述入射角度为磨损颗粒运动方向与磨损颗粒冲击点处切面之间的夹角α；假设通过滑阀棱边的所有粒子都发生磨损；1.7设磨损颗粒只对阀芯(1)的工作棱边(2)产生磨损，且磨损颗粒对阀芯(1)的工作棱边(2)的磨损形成的电液伺服阀圆角是均匀的；步骤二、根据磨损颗粒磨损的Finnie模型，单个粒子冲击阀芯造成的磨损量DV为：$\Delta V=\frac{m_i{v_i}^2}{2}\frac{1}{{\sigma }_y}·f\left(\alpha \right)$   式1式中：m_i为磨损颗粒质量，ν_i为磨损颗粒入射速度，σ_y为磨损颗粒与靶材间的弹性流动压力，f(α)为磨损颗粒运动方向与磨损颗粒冲击点处切面之间的夹角α的函数；计算时间t内所有磨损颗粒造成的电液伺服阀的阀芯(1)的体积磨损量为：${\mathrm{\Delta V}}_i={\int }_0^t\frac{\underset{i=1}{\overset{N_t}{\Sigma }}{m}_i{v_i}^2}{2}\frac{1}{{\sigma }_y}·f\left(\alpha \right)dt$   式2式中：N_t为t时刻单位时间内造成磨损的磨损颗粒的数目。步骤三、计算阀芯(1)的磨损体积设t时刻磨损造成的电液伺服阀圆角半径为r_t，设阀芯(1)的工作棱边(2)所在圆面的中心点的平面坐标为(0，R)，计算阀芯(1)的磨损体积的公式为：$\begin{array}{c}V={\int }_0^{r_t}dy{\int }_{-\sqrt{R^2-{(y-R)}^2}}^{\sqrt{R^2-{(y-R)}^2}}dx{\int }_0^{r_t-\sqrt{{r_t}^2-{(y-r_t)}^2}}dz\\ ={\int }_0^{r_t}2\sqrt{R^2-{(y-R)}^2}(r_t-\sqrt{{r_t}^2-{(y-r_t)}^2})dy\end{array}$   子式3式中：R是电液伺服阀阀芯(1)的半径，x²+(y‑R)²＝R²为电液伺服阀阀芯(1)的圆柱体的方程，(y‑r_t)²+(z‑r_t)²＝r_t²是电液伺服阀圆角的方程；得到磨损体积V：$V=\frac{{\mathrm{\pi r}}_t(d^2-{(d-2r_t)}^2)}{8}$   式4式中：d为电液伺服阀阀芯(1)的直径；步骤四、设阀芯(1)的磨损体积与经过时间t后冲击阀芯(1)的所有磨损颗粒造成的阀芯(1)的体积磨损量相等，即：$\frac{{\mathrm{\pi r}}_t(d^2-{(d-2r_t)}^2)}{8}={\int }_0^t\underset{i=1}{\overset{N_t}{\Sigma }}\frac{m_i{v_i}^2}{2}·\frac{1}{{\sigma }_y}·f\left(\alpha \right)dt$   式5由式5推导出得到${r_t}^2(d-r_t)={\int }_0^t\underset{i=1}{\overset{N_i}{\Sigma }}\frac{m_i{v_i}^2}{{\mathrm{\pi \sigma }}_y}·f\left(\alpha \right)dt$   式6式6简化为：${{\mathrm{\pi r}}_t}^2(d-r_t)={\int }_0^t\frac{{v_t}^2{M}_t}{{\sigma }_y}·f\left(\alpha \right)dt$   式7式中：M_t为t时刻单位时间内造成污染磨损的磨损颗粒的总质量，v_t为t时刻的磨损颗粒的速度，v_t由t时刻通过电液伺服阀的流量Q除以t时刻节流面积得到，单位体积内的磨损颗粒的质量乘以t时刻电液伺服阀的流量Q为t时刻单位时间通过滑阀的阀芯(1)的工作棱边(2)的所有磨损粒子的质量M；步骤五、计算阀芯(1)磨损后的电液伺服阀的流量Q，计算公式为：$Q=K(\sqrt{{r_t}^2+{(r_t+s)}^2}-r_t)$   式8式中：s为阀芯(1)的位移；步骤六、计算阀芯(1)磨损后的滑阀的泄露量Q_l，计算公式为：s<r_t时，泄露量：$Q_l={\mathrm{KS}}^{\prime }=K(\sqrt{{r_t}^2+{(r_t-s)}^2}-r_t)$  式8s>r_t时，泄漏量：Q_l＝0。