液压电梯限速切断阀的设计

， Ｈ一 、 ｒ
） 一 ｋ＂
一 ｒ）
价 一Ｈ ｒ］６ ｍ＇ ，（一） ＝３ ｍ ’ ２
（）阀芯锥面结构确定 ３ 这一部分是在阀芯关闭 时阀芯与 阀体 的接触部分， 采用锥形密封，可以减小系 统的泄漏量。为 了保证有足 够的过流面积和阀芯的抬起
２３ 弹簧的设计 ． 弹簧影响着阀的动作和性能，与阀的静态性能和 动态性能都密切相关， 减小弹簧的刚度，有利于提高 阀的启动特性，提高阀的压力稳定性，但是刚度过 小， 关闭时间过快，可能会影响阀的动态性能。目 前，液压阀中以采用圆柱形螺旋压缩弹簧居多，在这 里也选用该类弹簧。
ｍｎ 却 为阻尼器两端的压差， ｉ ； 这里取 却 ＝ Ｍ ａ ２ Ｐ；
所 以有 ：
ｄ二 ｏ
２ 一 ’却
二 ． ｍ ０６ （ ｍ） ４
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４ 限速切断阀的实验分析 对该阀进行静态特性实验， 一方面检验设计的阀 芯结构是否合理，另一方面检验是否能够符合应用对 象的要求。 图５中的曲线２ 为限速切断阀的静态实验特性曲 线， 表明了关断流量和阀芯开度的关系。可以看出， 该曲线的走势与仿真曲线的结果基本吻合 ，关断流量 与阀芯开度基本上呈线性关系，可见该阀的实验性能 达到了设计时的要求。 从实验曲线上看，阀芯开度不大时，限速切断阀 所表现的性能是良好的。而阀芯开度较大时， 关断流 量变化的趋势变小，甚至接近于水平， 也就是说， 在 相同阀口的压差情况下，阀芯开度对关断流量的影响 变小， 则相应的流量系数也变小，这与我们仿真分析 类似， 认为阀口开度大到一定时候，相当于一个局部 压力损失，节流口的流量压差方程已不再适用。 ５ 结论 本文根据应用对象要求， 设计出一种阀芯结构独 特的限速切断阀。经过仿真分析和实验研究， 该阀的 稳定性好，关断流量 一 阀芯开度特性理想， 调节精度 高，在实践中得到了良好应用效果。 参考文献
与限速切断阀设计相关的 液压系统的主要参数包
括以下几项： （）系统所用液压油： ０ 汽轮机油，油液密度 １ ２＃
为８ ｋ 扩， 液的 粘 ８ ｇ 油 运动 度为４ ｘ ６ ｏ ０／ ６ － ２ １ ｍ／ ０ ｓ
（）液压系统的工作压力等级：对于液压电梯 ２
图 １ 圆柱面切割阀口限速切断阀阀芯结构简图
０
） ｏ ｌ Ｆ－Ｉ －－ ，
Ｌ＿ 竺＿ 一 乡
限位杆 调节杆
６． 。 ６７ ６ｍ２ ｍ
取阀芯直径Ｄ 二０ ｍ 三角形高Ｈ二 １ 。 ４ｍ ； ３ｍ ， ｍ
如图３ 求出过流面积： 所示，
ａｃ ｓ ｏ ｋ—
图４ 限速切断阀结构简图
Ａ ＝ 〔 ， ｘ ｒ ３
根据薄壁小孔的流量公式 ：
Ｑ＝Ｃ Ａ
！护： ７ ． ；
２ 却 －
＇ ｐ Ｖ
式中： 为流量系 Ｃ 数， 这里取 Ｃ ０７ ； 二 ． ７ Ａ 为阻尼孔面积， 二 式 ４ 为油液密度； Ａ 二 ／； ｐ
Ｑ 为通过阻尼孔的流量， 这里取Ｑ １ 一 二 ｘ０， １ ｕ
限速切断阀是一种超流量自动切换保护装置， 具 有结构简单、 反应灵敏、 切换迅速、动作可靠、 使用 方便等优点。国内外已将其广泛应用于液压电梯、 起 重机、 挖掘机、 装载机、自 卸卡车、公路除雪机、清 扫车、电弧转炉等液压机械执行器限速或管道失压保 护上， 最典型的应用是作为举升液压缸防坠落安全
（）液压系统的工作温度范围：为了使液压电 ３ 梯正常工作， 液压系统的油温不应超过 ６９。 ００ （）液压管道中的流速范围：由于液压电梯系 ４
４０／ｉ 原因 ２Ｌｍｎ ， 在于阀口 是由圆 柱面切割而成， 在阀
基金项目：国家十五科技攻关项 目 （ 目编号： ０２ Ａ ０ Ｂ２ 项 ２０ Ｂ ２８ ０ ）
３ 限速切断阀的静态仿真分析
静态性能是指阀在稳定工况时的性能。限速切断 阀的关闭主要是靠阀芯两端的压差力实现的，当过流 流量达到一定值时，在阀芯两端产生的压差力大于使 阀芯开启弹簧力，使阀芯开始关闭。 图 ５中的曲线 １ 阀 是 食 绷 芯两端压差为０１Ｍ ａ ｝．、 ３０ ． Ｐ 时， ５ 巴 关断特性曲线的仿真结果。 、叫 鹅 ２０ 从图上可以看出，在 冷 真 曲线 帐 １０ 验曲线 阀芯开度较小时，关断流 量与阀芯开度基本成正比 Ｏ 玄一 一咭一筋一节 ｌ ．咭 ｓ ｅ 闷芯开度４ Ｔ 关系；在阀芯开度达到一 定位置时，关断流量随阀 图５ 限速切断阀静态特 芯开度的增加而变化的量 性仿真及实验曲线 值变小，即阀芯 的开度对 关断流量影响较小。这主要有两个原因：首先是因为 阀口的流量系数变小， 在相同的压差条件下， 相同的 节流口面积变化对关断流量的影响变小。另外一点是 流道处的压力损失的影响，在阀芯开度较小的情况 下， 此时限速切断阀的关断流量不大，流道处的压力 损失相对节流口处的压力损失小，因而对整体的影响 不大；而当阀口开度增大，关断流量也相应增大，这 时流道处的压力损失已是相对不小的值了， 而节流口 处的压力损失因为流量系数变小反而变化相对不大， 因此关断特性曲线变得更平了。
（ｈ Ｓ ｔ ｅ Ｌｂｒｏ ｏ ｌｄ ｅ ａｄ ｔｌ Ｚｅａ Ｕ ｖ ｓｙ Ｈ ｎｚ ｕ ０７ ｈ ａ Ｋｙ ｏ ｔ Ｆ ｉ Ｐｗｒ Ｃｎｏ， ｈ ｉ ｇ ｉ ｒｔ， ａｇ ｏ ３０２ ，Ｃｉ ） Ｔｅ ｅ ａ ａ ｒ ｆ ｏ ｎ ｏ ｒ ｔ ａ ｙ ｕ ｊｎ ｎ ｅ ｉ ｈ １ ｎ
２１ 限速切断阀的设计要求及相关参数 ．
根据实际电梯系统， 确定设计参数如下：
欧洲标准 Ｅ ８ 一 液压电梯制造与安全安装规 Ｎ １ ２《
范》 ，并根据设计使用对象的要求，我们设计出了自 己的阀芯结构，如图 １ 所示。该阀芯的最大特点是在 阀芯与阀体的配合处铣去三块，作为阀内的流道。
最高 －二０ Ｍ ａ 工作压力Ｐ １ Ｏ Ｐ ； ． 最大工作流量Ｑ ４０／ｉ 二二０Ｌｍ ； ｎ 最小工作流量Ｑｉ １ Ｌｍｎ ｍ＝０ ／ｉ ｎ ０ ； 阀 关断 差却。０１ Ｐ 芯 压 二． ａ ５ Ｍ
图２ 为该种阀芯的仿真结果曲线。从图上可以看 出， 流体通过该阀的压差较小， 在阀芯开度为９ ｍ ｍ， 关断压力为 ０１Ｍ ａ ． Ｐ 时，该阀的关断流量即达到了 ５
而言， 标准规定系 统压力不超过 １ Ｐ， 应用中 Ｏ ａ 实际 Ｍ 系 统压力大概 处于１ 一 Ｍ ａ ． ６ Ｐ 之间。 ５
阀。
小，能够满足限速切断阀 在整个工作 段 的性 能要 求。另外由于面积梯度增 大，水力 直径 也 相应 增 大， 改善了节流口在小开 口 量时过流面积变化的问
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题。
阀芯开度加 ．
液压电梯限速切断阀直接与液压柱塞缸连接，在 系统正常运行时，限速切断阀基本不起作用。当发生 管道爆裂、 控制阀失控、液压锁失灵等意外故障时， 限速切断阀能自 动切断油路，防止工作装置发生坠落 事故； 当故障排除后， 能够自 动接通油路， 使工作装 置转人正常。所以说限速切断阀是液压电梯的重要安
高度， 取锥角的半角： ｝ ａ＝ ４“ ５这样能使阀芯与阀体接近 图 ３
阀芯过流面积图
线接触，既保证密封可靠， 又便于加工。 锥底面直径 阀芯直径 ＋ ｍ ， ＝ ２ ｍ 所以锥底面直径
Ｄ 二 ＋ ＝０ｍ ， ｄ ２ ５ｍ
（）阻尼器结构和尺寸的设计计算 ４ 在阀芯背腔与阀的 Ｐ口之间加阻尼器，可以在 阀芯的背腔形成一定压力，当限速切断阀关闭时，能 防止由于阀芯关闭过快而造成的对液压系统的冲击过 大。考虑到应用的灵活性，要求阻尼器的阻尼可调， 所以采用可拆卸式固定液阻方案。
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液压电梯限速切断阀的设计’
徐 兵，刘 贺， 杨华勇，高 强
（ ０７ 浙江大学流体传动及控制国家重点实 验室， 杭州３０２） １
摘要： 根据应用对象要求，提出了一种新的阀芯结构， 设计了一种新的液压电梯限速切断阀，并进行了仿真和实验分
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统为中、低压系统，管道中的流速范围是４ ７ ／ｏ 一 ｍｓ ２２ 基本几何尺寸的确定 ．
（ ）进出油 口直径 ｄ １ 根据经验公Biblioteka Baidu ，进出油口的直径：
根据经验， 阻尼孔长度Ｌ １ ｍ ｏ ＝ ． ５ｍ
（ ）调节装置的设计 ５ 由于该限速切断阀在工程实际中的应用， 要求关 断流量和关断时间都可调节，因此， 调节装置的设计 是必不可少的。 调节装置主要是调节阀芯的初始开度， 用以调节 阀的关断流量。由于阀芯背腔弹簧力的作用， 将阀推 向开启的方向，我们可以很方便地设计出调节杆装置 来实现阀芯开口 度的调整， 如图４ 所示：
ｄ ６ ｍ ） Ｑｖ（ｍ ？ ． ／ ４ ３甲
限速切断阀的最大额定流量为 Ｑ二 ０１ｍｎ ４０ ｉ Ｊ 。取
进出油口ｄ 处油液流速 。 ４ ／ ，得 ： ＝ｍｓ
ｄ ４６ ４ ３ｍ Ｑｖ ． ＝． － ３丫 ／＝６ ｍ
圆整为标准值，取 ｄ ４ｍ 二８ ｍ （）阀芯主结构尺寸的确定 ２ 最大工作流量通过阀口的液流速度的许用值在 ８ 一４ ／ 之间， １ｍ ｓ 在这里取， ｌｍ ｓ 二ｏ ／。则在额定流量 Ｑ ＝ Ｌｍｎ ４０Ｊ ｉ时，三角形过流面积 Ａ应为： 口 ｖ ０ Ａ二 ／ ＝
Ａ ｓ ａｔ ｏ ｐｒｇ ｉ ｒ ｕ ｖ ｅ ｈ ａ ｋ ｏｆｅ ｎ ｕｔ Ｃｍ ａｎ ｔ ｐ ｅ ｔ ｖ ｗｔｔ ｓ ｅ ｄ ｏ ｉ ｐ ｄｃ ，场ｔ ｒ ｕ ｍ ｎｏｔ ｏ ｅ ， ｉ ｏ － ｂｔ ｃ； ｒ ｉ ｈ ｐ ｕ ｒ ａ ｉ ｅ ｉ ｆ ｇ ｒ ｓ ｅ ｐ ｅ ｌ ｈ ｍ ｎ ｒ ｏ ｈ ｅ ｉ ｅｔ ｅ ｃ ａ ｎ ｖ ｅ ｒ ｑｅ ｆ ｂ ｔ ｎ ａ ｈ ｊ ｎ ｔｎ ｅ ｔｅ ｅ ｄｓｎｄ ｗｉ ｓ ｗ ｇ ｄ ｒ ｔ 场 ｓ ｕ ｔｎ ｅｐｒ ｅｔ ｉ ｐ ｒ ｕ ｖｖ ｗｓ ｉ ｅ， ｃ ｈ ｓ ｃａ ｃ ｒ ｉ ｌｉ ａｄ ｅｍｎ ｏ ｉ ｕ ｒ ａ ａ ｅｇ ｐ ｐ ｌ ｈ ｈ ｏ ｈ ａｅ ｏ ｏ ｍ ａｏ ｎ ｘ ｉ ． Ｋ ｙ ｏｄ Ｈ ｒ ｌ ｅ ｖｔ ； ｒ ｕ ｖ ｖ Ｄｓｎ ； ｄ ｕｃ ａ ｒ Ｐ ｅ ｔ ｌ ； ｉ ｅｗ ｒｓ ｙ ａ ｉ ｌ ｏ ｉ ｕ ｒ ａ ｅ ｅｇ ｅ ｐ ｐｅ 口处的面积梯度较大 ，因而在 阀 口处 的压力损失较 ０ 前言
全部件。
１ 限速切断阀阀芯结构的确定 １１ 圈柱面切刻间口限速切断阀阀芯的仿真分析 ．
电梯用限速切断阀的应用对象是电梯，因此参照
通 过 以上 的 仿 真 分 图２ 圆柱面切割阀口限速 切断阀阀芯开度 一 流 析， 不难看出，这种阀芯 量特性仿真曲线 内留有三角槽过流，阀口 为圆柱面切割而成的限速切断阀的阀芯结构， 无论是 在静态性能、阀内流体流动特性，阀芯运动的稳定 性、阀芯的导向性，以及工程实用性等方面，都要比 国外同类产品略胜一筹。 ２ 限速切断阀的设计
析。
关键词： 液压电梯；限速切断阀； 设计 中图分类号：Ｔ １７５ 文献标识码： Ｈ３． Ａ
文章编号：１ １ ３８ （０４ １ － １ － ０ － ８１ ０ ） ０７ ３ ０ ２ ０
Ｄ ｓ ｎ Ｐｐ Ｒ ｐｕｅ ｌ ｏ Ｈ ｄａｌ ｌ ｔ ｓ Ｅｅａ ｒ ｅｉ ｏ ｉｅ ｔｒ Ｖ ｖ ｎ ｒｕｉ ｖ ｏ ｇ ｆ ｕ ａ ｅ ｙ ｃ Ｘ Ｂ ｇ Ｌ Ｈ ， Ａ Ｇ ａ ｏｇ Ｇ Ｏ ｎ Ｕ ， ｅ Ｙ Ｎ Ｈ － ｎ， Ｑ ｇ ｉ Ｉ ｎ Ｕ ｕｙ Ａ ｉ ａ