液压阀知识

5.1.1 阀口流量公式及流量系数

对于各种滑阀(Spool Valve)、锥阀(Cone Valve)、球阀(Ball Valve)、节流孔口(Orifice)，通过阀口的流量均可用下式表示：

ρ/20p A c q q ∆= （5.1）

式中：q c —流量系数(Discharge Coefficient)；0A —阀口通流面积(Effective Area)；p ∆—阀口前、后压差(Differential Pressure)；ρ—液体密度(Liquid Density)。

(1)滑阀的流量系数

设滑阀[图5.1(a)]开口长度为x ，阀芯(Spool)与阀体(Valve Body)(或阀套)内孔的径向间隙为∆，阀芯直径为d ，则阀口通流面积0A 为

220∆+=x W A （5.2）

式中：W —面积梯度(Area Gradient)，它表示阀口过流面积随阀芯位移的变化率。对于孔口为全周边的圆柱滑阀，d W π=。若为理想滑阀(即Δ＝0)，则有dx A π=0,对于孔口为部分周长时(如：孔口形状为圆形、方形、弓形、阶梯形、三角形、曲线形等)，为了避免阀芯受侧向作用力，都是沿圆周均布几个尺寸相同的阀口，此时只需将相应的过流面积A 0的计算式代入式(5.1)，即可相应地算出通过阀口的流量。

式(5.1)中的流量系数 C q 与雷诺数R e 有关。当R e ＞260时，C q 为常数；若阀口为锐边，则C q =0.6～0.65；若阀口有不大的圆角或很小的倒角，则 C q =0.8～0.9。

(2)锥阀的流量系数

如图 5.1(b)所示，具有半锥角α且倒角宽度为s 的锥阀阀口，其阀座平均直径为d m =(d 1+d 2)/2，当阀口开度为x 时，阀芯与阀座间过流间隙高度为h =x sin α。在平均直径d m 处，阀口的过流面积为

)2sin 21(sin 0ααπm m d x x d A -= (5.3)

一般，m d x <<,则

α

πs i n 0x d A m = (5.4) 锥阀阀口流量系数约为C q =0.77～0.82。

图5.1 滑阀与锥阀阀口

（a）滑阀；（b）锥阀

5.1.2 节流边与液压桥路Metering Land and Hydraulic Bridge

（1）阀口与节流边

液压阀中，各种控制阀口都是可变节流口。为了讨论问题的方便，这里约定，以细箭头表示正作用节流边，所谓正作用节流边是指x增大时，阀口增大；以粗箭头表示反作用节流边，所谓反作用节流边是指x增大时，阀口关小。

如图5.2所示，阀中的可变节流口可以看成是由两条作相对运动的边线构成的，因此可变节流口可以看成是一对节流边。其中固定不动的节流边在阀体上，可以移动的节流边则在阀芯上。这一对节流边之间的距离就是阀的开度Δx。

阀体的节流边是在阀体孔中挖一个环形槽（或方孔、圆孔）后形成的[图 5.3（b）]，阀芯的节流边也是在阀芯中间挖出一个环形槽后形成的[图 5.3（a）]，阀芯环形槽与阀体环形槽相配合就可以形成一个可变节流口（即阀口）。若进油道与阀芯环形槽相通，那么出油道必须与阀体的环形槽相通，阀口正好将两个通道隔开[图5.3（c）]。

如果在阀芯上不开环形槽，而是直接利用阀芯的轴端面作为阀芯节流边[图5.4（a）]，则阀芯受到液压力的作用后不能平衡，会给控制带来困难。通过在阀芯上开设环形槽，形成图5.4（b）所示平衡活塞，则阀芯上所承受的液压力大部分可以得到平衡，施以较小的轴向力即可驱动阀芯。

图5.2 节流边

(a)正作用节流边；(b)反作用节流边；（c）滑阀节流边

图5.3 环形槽结构

图5.4 阀芯的平衡活塞

(a)无平衡活塞（受力不平衡）；(b)带有平衡活塞

（2）液压半桥与三通阀Hydraulic Half Bridge and Three-way Directional Control Valve

利用阀口（节流边）的有效组合，可以构成类似于电桥的液压桥路。液压桥路也有半桥和全桥之分。液压全桥有A、B两个控制油口，用于控制具有两个工作腔的双作用液压缸或双向液压马达；液压半桥只有一个控制油口A（或B），只能用于控制有一个工作腔的单作用缸或单向马达。

图5.5（a）所示液压半桥是由一个进油阀口和一个回油阀口构成的，它有三个通道——进油通道（Inlet Channel）P、回油通道(Outlet Channel)O（或T）和控制通道(Control Channel)A，并且进、回油阀口是反向联动布置的，即一个阀口增大时，另一阀口减小。三通换向阀就是液压半桥。

由于液压半桥有三个通道（即三个不同的压力，其中A为被控压力），因此必须在阀芯和阀体上共开出三个环形槽，让P、O、A分别与三个环形槽相通，并且受控压力A要放在P和O的中间，以便于A能分别与P和O接通。液压半桥有两种布置方案，第一种方案是将A放在阀芯环形槽中，而将P、O两腔放在阀体环形槽中[如图5.5（b）]；另一种方案是将A放在阀体环形槽中，而将P、O两腔放在阀芯环形槽中[如图5.5（C）]。

图5.5 半桥的两种结构

(a)半桥的节流边；(b)工作腔P A布置在阀芯环形槽中；（c）工作腔P A布置在阀体环形槽中

（3）液压全桥与四通阀Hydraulic Full Brige and Four-way Directional Control Valves

图5.6 全桥的两种结构

(a)全桥的节流边；(b)工作腔P A、P B布置在阀体环形槽中；（c）工作腔P A、P B布置在阀芯环形槽中；

(d)阀体中有3个工艺槽的四台肩式四通阀；(e)阀体中有2个工艺槽的三台肩式四通阀

图5.6（a）所示全桥回路有4个控制阀口，由两个半桥构成。四通换向阀就是液压全桥。在全桥中，左半桥有P、A、O三个压力通道，右半桥有P、B、O三个压力通道，如果把P布置在中间，则两个半桥可共用一个P通道。因此全桥应该有O l、A、P、T、O2等5个通道。相应地，阀芯和阀体应共有5个环形槽。液压全桥有两种布置方案。第一种方案如图(b)所示，将A、B通道布置在阀体环形槽中，将O1、P、O2布置在阀芯环形槽中，这种方案的四通阀称为四台肩式四通阀；另一种方案如图(c)所示，将阀芯槽与阀体槽所对