单向阀关闭问题

奥凯 · 发表于 2007-7-18 18:09:00

开泵打开阀1 向油缸供油，压缩弹簧，在弹簧有一定压缩量后，关闭阀1 ，再打开阀2 ，问从阀2 排除多少液体单向阀才能关闭。

阀弹簧钢度K1
阀芯截面积S1
阀口开度X1
单向阀与截止阀间容积Q1 压力P1
单向阀与油缸间容积Q2    压力P2
外部弹簧钢度K2
外部弹簧变形量X2
油缸活塞面积S2
所有条件均设为已知。如果这些条件不够，可以另加。压力P1 压力P2需计算求出

定性或定量分析均可

注意： Q2 与单向阀弹簧腔钻孔连通
         阀1 是一个可以快速关闭无泄漏的阀，同时在阀1 完全关闭后才停泵的。
      简化一下也可把外弹簧力改成一个恒定的反力分析计算。

那位兄弟能算一下，正确有奖，
没人讨论了，过几天我再重新画个图

wuwanfu · 发表于 2007-7-18 18:09:01

X1是个不确定的因素所以我上面用了阀的弹簧力表示即F＝=p*s（阀的锥面积）*cos45度，
(k1*x1/cos45度)/s=K2*a/（3.14/4*d*d）（d为活塞的直接）
a怎么会求不出呢？
我认为6楼说的有道理!但非要算我的推导是这样的，与弹簧腔相同肯定是关闭的就不存在现有的问题了

[ 本帖最后由 wuwanfu 于 2007-7-19 09:30 编辑 ]

9619 · 发表于 2007-7-18 18:28:59

推荐将单向阀芯改一下：Q2 与主弹簧腔连通（从单向阀原理上要求应该这样）。
这样当截至阀1关闭时，单向阀芯在弹簧的作用下，将Q1、Q2 断开，在打开截止阀2前单向阀已封闭。

wuwanfu · 发表于 2007-7-18 19:22:51

个人觉的Q2的力不是直接作用在S1上面，从侧面进的，要算单项阀弹簧的力平衡应该是个分力作用在S1上的。首先力和流量不能成关系，所以我从油缸容积发生变化角度入手，我设K2弹簧移动距离为a（油缸变化的距离）
单项阀锥面的油作用力为F1＝弹簧的力/cos45度（设阀的锥面为45度角），
这里阀的锥面积不知道用s：弹簧的力/cos45度＝p*s（阀的锥面积），
那么p1=(弹簧的力/cos45度)/s
由于外界弹簧的作用使液压缸动作，油缸活塞使油液向左的压力为P2=F /（3.14/4*d*d）(p2为活塞腔中油液的压力,d为活塞减去活塞杆的环形面积）而其式中的F＝K2*a
由力平衡得（当油液的力等于或小于阀弹簧的力时阀就关闭）
p1=p2
(弹簧的力/cos45度)/s=K2*a/（3.14/4*d*d）（d为活塞的直接）
求出a＝X(用X代替这里我不求了）
那么油液的体积为V＝a*s2
这里阀的弹簧力应该为单项阀的开启压力，同时不计压力损失和摩擦
仅为个人观点希望能帮助你。

[ 本帖最后由 wuwanfu 于 2007-7-18 19:34 编辑 ]

奥凯 · 发表于 2007-7-18 19:51:21

原帖由 9619 于 2007-7-18 18:28 发表 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
: u- x* k% D; b! H7 e推荐将单向阀芯改一下：Q2 与主弹簧腔连通（从单向阀原理上要求应该这样）。& L# x/ [) [2 k& j: U! U* ]
这样当截至阀1关闭时，单向阀芯在弹簧的作用下，将Q1、Q2 断开，在打开截止阀2前单向阀已封闭。

谢谢，第一句话同意应该改为连通。
说明一点：阀1 是一个可以快速关闭无泄漏的阀，同时在阀1 完全关闭后才停泵的，或者不停泵。
请再看一下，打开截止阀2前单向阀能封闭吗？

麻烦wuwanfu网友再看看，按9619网友，Q2 与主弹簧腔连通时阀芯复位力加大，怎样计算？

奥凯 · 发表于 2007-7-19 06:14:24

谢谢 wuwanfu：
个人认为：
排出油液的体积为V＝a*s2+X1*S1 现在关键要求出a
单向阀阀口开度X1 阀芯截面积S1

假设有两个系统，一个单向阀开度X1 ，另一个单向阀开度X2 , X2>X1 其余条件一样，两个单向阀关闭时间应该是不一样的，即排出油液的体积为V应是不一样的，所以V应与单向阀阀口开度X1 有关，
而在您推导的式子中好像没有体现单向阀阀口开度X1对排出油液的体积为V影响。
今天有点事，回来再算

[ 本帖最后由奥凯于 2007-7-19 06:50 编辑 ]

xuping5114 · 发表于 2007-7-19 09:04:41

楼主这个问题有点歧异
实际应用中单向阀的出口Q2口是与弹簧腔相通的,所以在关闭阀1时,管路内没液体流动,压力都一样,且单向阀内上下腔面积一样,液压力相互抵消,由于弹簧力作用,在阀1关闭的时候单向阀就关闭了.
按楼主的意思,应该是Q1,Q2与弹簧腔不通,即单向阀的弹簧力克服液压力才能关闭阀.那得看管子大小,沿程压力损失的大小了,不好计算.

xuping5114 · 发表于 2007-7-19 09:55:08

关键是那个P怎么求出来啊,流动的时候的压力啊
阀2出口可以理解是连油箱,压力是零,而油缸处是有压力的.
关键是单向阀处的压力不要求,而且是随时变动的.(随流量变化变化的)
所以我认为硬要计算是算不出来的.

奥凯 · 发表于 2007-7-22 21:02:37

实际应用中单向阀的出口Q2口是与弹簧腔相通的,所以在关闭阀1时,管路内没液体流动,压力都一样,且单向阀内上下腔面积一样,液压力相互抵消,由于弹簧力作用,在阀1关闭的时候单向阀就关闭了.

我认为：您红字部分说的对，但在阀1关闭的时候,只要没完全关闭，就依然会有泵到缸的流量，而在阀1完全关闭的时候，在阀2 打开之前，单向阀是关不上的,因为此时系统是一个封闭容腔，除非单向阀有一个无比强硬的弹簧，复位时将油缸顶起，象千斤顶一样。但这样的弹簧好找，可能压动弹簧泵不好找。

我将搂主的图放在本楼了
有奖金依然门庭冷落，在此感谢9619 xuping5114 wuwanfu 网友

[ 本帖最后由奥凯于 2007-7-22 23:24 编辑 ]

奥凯 · 发表于 2007-7-22 21:17:44

“由力平衡得（当油液的力等于或小于阀弹簧的力时阀就关闭）“您回答的是阀在什么样条件能关闭，
而我问的是，在单向阀在关闭开始直到关闭结束过程中从阀2 排出的液体量。不过我依然认为您回答的最好，今天兑现诺言，发稿费，请查收。

奥凯 · 发表于 2007-7-22 21:39:29

看似一道学生考试题，江边斑竹给加了分，倒出乎我的意料，既然加了分，我只能继续写了。
我发帖本意想用这道题论证一下O M 型换向阀配合液压锁使用的合理性

奥凯 · 发表于 2007-7-22 21:45:31

                        液控单向阀和换向阀的合理配合及使用分析

   和大家一样我看到的教课书，也都是说液控单向阀要配合Y  H型换向阀使用，至于M O型换向阀配合液控单向阀使用情况没有提及，专家教授也说M O 换向阀配合液控单向阀是不正规用法，多数网友认为液控单向阀只能配合Y  H型换向阀使用，然而据有些网友说确有M O 换向阀配合液控单向阀使用实例。那么M O 换向阀到底能否配合液控单向阀使用，在此我想谈一下个人对液控单向阀和换向阀的合理配合及使用问题的一点粗浅认识。

      个人认为：液控单向阀的作用有两个一是支撑，  二是保压。
所谓支撑，就是指液控单向阀在系统中的作用是确保执行机构在受外力作用下保持原有位置不变。
所谓保压，就是指液控单向阀在系统中的作用是确保执行机构在受外力作用下保持原有压力不变。
对于支撑：可以用M O 换向阀配合液控单向阀使用；对于保压：应该用H Y型换向阀配合液控单向阀使用。
这就是液控单向阀常被俗称为液压锁和保压阀的原因。
            一  液控单向阀配合换向阀的使用分析：
      在定位支撑工况：例如举升重物的工况，液控单向阀的作用是保证重物的停止位置，防止因滑阀泄漏而造成油缸的缓慢下滑。液控单向阀主要起安全作用，而不是起保持系统压力的作用，所以液控单向阀俗称液压锁，此时要用M  O 换向阀配合液控单向阀。用M O 换向阀配合液控单向阀（液压锁），当换向阀中位时，换向阀只需排除少量的液体单向阀阀芯就能关闭，支撑油缸，这个泄漏漏对油缸行程变化影响很小。如果液压锁阀芯因杂物卡住不能关闭时，换向阀中位还可保证重物不能下落。此时如果用Y H换向阀配合液控单向阀，换向阀中位，那将使重物快速下落，易发生事故。（油缸顶升一个铰接的钢水包，如果选Y型换向阀，液控单向阀阀芯卡住，3000度钢水可能倾盆而下，想象一下后果吧，让我设计我是不敢用Y H的），所以M O 换向阀配合液控单向阀，适用对定位精度要求不高，对安全性要求较高的支撑系统。

      在定压保压工况：例如油压压机系统，液控单向阀的作用是保持系统压力不变。这时是不能用M O 换向阀配合液控单向阀保压。因为换向阀的背压，单向阀阀芯关闭缓慢，会有少量油液通过换向阀泄漏，因液体不可压缩性，即使少量泄漏也会明显影响系统压力（这一点大家都同意，不用论证）。而使用H Y型换向阀配合液控单向阀（保压阀) ，当换向阀中位时，因单向阀和控制阀芯的油腔快速直接回油，所以单向阀响应速度快，  可快速关闭，防止系统压力下降。所以H Y换向阀配合液控单向阀，适用于对安全性要求不高对压力稳定性要求较高的定压保压系统。
                        二 M O 换向阀配合液控单向阀使用可行性的论证
               用数据说话，看图上的题
开泵打开阀1 向油缸供油，油缸顶升一个重物G，油缸升起后，完全关闭阀1后停泵（阀1无泄漏），

求1 当阀2下位时,（相当M O 换向阀配液控单向阀）求油缸下降位移。
   2当阀2上位时，(相当Y H 换向阀配液控单向阀）求Q2的压力。
先求1    当当阀2下位时，单向阀阀芯受力方程式：
                        F+P2*S-P1*S--f=ma
F：单向阀阀芯弹簧力 F=K*（X +X0) K 弹簧钢度 X0弹簧初始压缩量
f：阀芯移动摩擦力
m：单向阀阀芯质量
a：单向阀关闭时的加速度
s: ：单向阀阀有效截面积（计算面积）
因单向阀关闭速度缓慢故瞬态液动力很小可忽略
1  根据F+P2*S-P1*S--f=ma式计算出加速度a
这里P2可实测，P1不易计算，有泄漏时，理论上P1<P2，但因泄漏很小，流速缓慢，故可以认为P1=P2，这样计算损失一点阀芯向下的力，因此忽略同样不大向上摩擦力f做点补偿。即P2*S-P1*S--f=0  。
在单向阀关闭弹簧伸长，F 会变小，因单向阀开度较小忽略F的变化。
得出F=ma
2 根据x=v*t+1/2*at2公式计算出阀芯关闭的时间t
x：单向阀阀芯的最大开度
t：单向阀阀芯关闭时间
   v单向阀阀芯关闭时的初始速度本例  v =0  x=1/2*at2  (注意  t2 是t的平方）

3 根据Q2泄=Δq* t 公式计算出滑阀泄漏量 Q2泄
4 根据Q2泄=S2* X2    计算油缸位移 X2                S2为活塞面积

滑阀单位时间泄漏量Δq ，可以根据偏心环形间隙泄漏量的公式计算
Δq=π*dδ3Δp(1+1.5ε2）/12μl
d：滑阀阀芯直径
δ：阀芯与阀体孔的半径间隙
ε：相对偏心率  ε=e/δ
e：阀芯中心线与阀体孔中心线的偏心距
l：滑阀的封油长度
μ：油液的动力粘度
间隙泄漏的公式见教科书，在此引用，不做论证,
采用M型单向阀关闭缓慢，Q1泄和Q2泄的泄漏量近似相等
                  Q2=Δq* t

      根据以上4个式子，导出照片的油缸位移计算的式子。（我只会用数码相机贴图，不好看将就看吧）

    这里Δq不用计算，可直接引用国家规定滑阀的泄漏量Δq的值，其余X  M  F  S2均可知
    只要计算出的油缸下降量不大，工程上可以接受，那么M  O换向阀就可配合液控单向阀用于支撑。
                        三液控单向阀配合换向阀使用注意事项
1。在单泵多缸共用同一个回油管路时，如果回油阻力较大或系统有冲击压力，这时用Y H换向阀配合液控单向阀，可能会出现液控单向阀因背压影响不能快速关闭或被冲击压力打开的情况，要引起注意，这时应根据具体情况选择开启压力大于冲击压力的液控单向阀，或选用M O 换向阀配合液控单向阀。
2  在油缸受超越负载（负负载）时, H Y型换向阀配合液控单向阀，液控单向阀容易被打开，（类是冲液阀）一般这时液控单向阀起支撑作用，不起保压作用，应用M O 换向阀配合液控单向阀。
3使用 H Y型换向阀配合液控单向阀，减少换向阀与液控单向阀之间的容积，有利于液控单向阀的快速关闭。
4 对于安全性没有要求的系统，用H Y型换向阀配合液控单向阀

补充：发表于 2007-7-24 07:24 资料个人空间短消息

5 用H Y型换向阀配合液控单向阀A B腔直接回油，布置回油管路要注意管路防止油液流失，使空气侵入。如果换向阀和液控单向阀之间容腔较大，因H Y型换向阀的中位回油问题，可能造成换向阀切换到工作位后建压缓慢影响系统响应性。
6 再发个原创的观点：在对安全性和位置精度均有要求的的系统，个人认为用过渡机能是 Y H的中位机能O M换向阀和液控单向阀配合, 并且使换向阀缓慢换向，（手动换向阀换向较慢，电磁换向阀用五槽的可以调节换向阀阀芯移动速度，时间的，电液换向阀用带叠加单向节流阀调节换向阀芯移动速度，根据换向阀与液控单向阀容腔大小调节换向时间，）。
我觉得 6 这点很重要，基本解决了O M换向阀和液控单向阀配合使用可行性论证问题。同时根据前述证明我的观点：以M O 换向阀配合液控单向阀，适用对定位精度要求不高，对安全性要求较高的支撑系统。

发表于 2007-7-24 21:18 资料个人空间短消息

继续补充一个原创观点：
用液控单向阀的目的：就是定位和保压，油缸达到位置和压力后，在单缸液压系统可以关闭电机和油泵，（用液控单向阀的目的就是为节约能源，若开油泵通过溢流阀保压，液控单向阀就失去意义），单缸系统因为系统有液控单向阀，泵出口可不加单向阀，这样 M O 换向阀配液控单向阀控制油缸的回路，当油缸达到要求压力和位置时，可以先停泵后，电磁阀稍后断电，这样利用M O 换向阀的左位（或右位），将液控单向阀的单向阀阀芯和控制阀阀芯的油给泄卸掉，其实这时M O 换向阀的左位（或右位）相当Y H的中位，这时O M阀其实就相当Y H阀了，这样既利用 M 回路中位卸荷回路简单和 O M 阀的安全性的优点又利用Y H 阀可以让液控单向阀阀芯复位快的优点.
（有时间补个图）

Y  H换向阀与液控单向阀配合使用也有区别，原因简单  不用啰嗦了

                                       （未完，有时间继续论证，先抛砖引玉）
   论坛举办原创大赛，一个卖液压件的水平实在有限，写不出什么东西，希望网友也能参与论证，共同参与原创大赛。如果您看了，感觉有点启发的话，到时别忘投我一票，奖品诱人那。

  以上是我看
               http://www.3dportal.cn/discuz/vi ... 7509&extra=page%3D1
               http://www.3dportal.cn/discuz/vi ... =%D2%BA%D1%B9%CB%F8
               http://www.3dportal.cn/discuz/vi ... =%D2%BA%D1%B9%CB%F8
后的胡思乱想，欢迎网友大力斧正，
注：本文的论证还有经不起推敲的地方，暂时删掉图片 2007-07-25  12：06

[ 本帖最后由奥凯于 2007-7-25 12:06 编辑 ]

wuwanfu · 发表于 2007-7-23 12:08:35

给楼主一个建议！你要说明的是：“液控单向阀和换向阀的合理配合及使用分析”你上面一直阐述了换向阀，其实与液控单项阀本身的选型也有一定的关系。例如：液控单项阀有SL.SV型的
有背压的用带外泄的SL，无背压的用内泄SV
我个人觉得这个对换向阀的选用有一定的影响，您不防考虑进去，这只是本人一点的愚见。

[ 本帖最后由 wuwanfu 于 2007-7-23 12:09 编辑 ]

9619 · 发表于 2007-7-23 14:16:36

再给楼主建议：
1、液控单向阀与O等机能的换向阀配合是否可靠，与液控单向阀的外控油有关，好像与单向阀回复时间没有关系。
2、由于外控油的作用，推荐使用Y、 H（A、B腔直接回油箱）等机能的换向阀。这在各大液压公司样本中明确推荐。
3、液控单向阀与回油节流的单向节流阀配合时，也有位置要求（也是考虑液控单向阀外控油的作用）。

奥凯 · 发表于 2007-7-24 06:49:59

1 3#wuwanfu “其实与液控单项阀本身的选型也有一定的关系。例如：液控单项阀有SL.SV型的
      有背压的用带外泄的SL，无背压的用内泄SV我个人觉得这个对换向阀的选用有一定的影响“
回复：言之有理，有背压的用带外泄的SL ，无背压的用内泄SV 。不过我只知道这是为减小控制压力，有背压的用带外泄的SL 可以降低控制压力，还没想出内泄SV 外泄的SL 具体与哪类换向阀相配合理，wuwanfu网友能否详细说说。
14# 9619
回复1：液控单向阀与O等机能的换向阀配合是否可靠，与液控单向阀的外控油有关，好像与单向阀回复时间没有关系。
   计算单向阀回复时间的目的：知道单向阀回复时间和换向阀的单位时间泄漏量（国家规定的出厂标准）就可求出单向阀关闭前系统泄漏量，近而知道M O 换向阀与液控单向阀配合对系统压力和位移造成的影响有多大，影响大就不合理，影响小就合理。，发这个帖就是想论证液控单向阀O等机能的换向阀配合是否可靠，我画单向阀只是为方便计算和分析，其实你可以把单向阀芯看成控制阀芯，分析是一样的。
回复2 由于外控油的作用，推荐使用Y、 H（A、B腔直接回油箱）等机能的换向阀。这在各大液压公司样本中明确推荐。
"这个帖子值得讨论。
但是很多系统在这样使用（用M型阀），尤其是一些实际使用中定型的系统也在使用。
理论上分析用M型阀会有问题，生产元件的厂家不推荐使用M型阀，很多厂家在样本上专门把它列为不正确使用液控单向阀的例子。
希望用过这样系统的会员积极参与。" 这是你曾说的话，也是我想说的。
这个帖子确实值得讨论，就是不知道为什么参与的人少得可怜，察看335人次，参与人数除我3人，看的多，干的少。有点影响积极性。建议三位论坛更名  万维论坛。
回复3 这句话我没看懂

奥凯 · 发表于 2007-7-24 07:24:43

1  用H Y型换向阀配合液控单向阀A B腔直接回油，布置回油管路要注意管路防止油液流失，使空气侵入。如果换向阀和液控单向阀之间容腔较大，因H Y型换向阀的中位回油问题，可能造成换向阀切换到工作位后建压缓慢影响系统响应性。
2再发个原创的：在对安全性和位置精度均有要求的的系统，个人认为用过渡机能是 Y  H的中位机能O  M换向阀和液控单向阀配合, 并且使换向阀缓慢换向，（用五槽换向阀或带单向节流阀电液换向阀）。
我觉得这点很重要，解决了O  M换向阀和液控单向阀配合使用可行性问题。

奥凯 · 发表于 2007-7-24 21:18:35

用液控单向阀的目的：就是定位和保压，在油缸达到位置和压力后关闭电机和油泵，节约能源，一般简单系统因为系统有液控单向阀，泵出口可不加单向阀，这样 M O 换向阀配液控单向阀控制油缸的回路，当油缸达到要求压力和位置时，可以先停泵后，电磁阀稍后断电，这样利用M O 换向阀的左位（或右位），将液控单向阀的单向阀阀芯和控制阀阀芯的油给泄卸掉，其实这时M O 换向阀的左位（或右位）相当Y H的中位，这时O M阀其实就相当Y H阀了，这样既利用 M 回路中位卸荷回路简单和 O M 阀的安全性的优点又利用Y H 阀可以让液控单向阀阀芯复位快的优点.

[ 本帖最后由奥凯于 2007-7-24 21:34 编辑 ]

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