第五章液压控制阀.

第五章液压控制阀

第一节阀内流动的基本规律

一、液压控制阀的分类

按用途分类

压力控制阀；流量控制阀；方向控制阀。

按控制方式分类

开关（或定值控制）阀：借助于手轮、手柄、凸轮、电磁铁、弹簧等来开关液流通路，定值控制液流的压力和流量的阀类，统称普通液压阀。

伺服控制阀：其输入信号（电气、机械、气动等）多为偏差信号（输入信号与反馈信号的差值），可以连续成比例的控制液压系统中压力流量的阀类，多用于要求高精度、快速响应的闭环液压控制系统。

比例控制阀：这种阀的输出量与输入信号成比例。它们是一种可按给定的输入信号变化的规律，成比例的控制系统中液流的参数的阀类，多用于开环液压程序控制系统。

数字控制阀：用数字信息直接控制的阀类。

按结构形式分类

滑阀（或转阀）；锥阀；球阀；喷嘴挡板阀；射流管阀。

按连接方式分类：螺纹联接阀；法兰连接阀；

板式连接阀：将板式阀用螺钉固定在连接板（或油路板、集成块）上；

叠加式连接阀；

插装式连接阀。

二、阀口流量公式及流量系数

1、滑阀流量系数

对于各种滑阀、锥阀、球阀、节流孔口，通过阀口的流量均可用下式表示：

（5－1）

式中，

为流量系数；

为阀口通流面积；为阀口前、后压

差。

滑阀的流量系数

设滑阀开口长度为x（见图），阀

芯与阀体（或阀套）内孔的径向间

隙为

，阀芯直径为，则阀口

通流面积为

式中，为滑阀开口周长，

又称过流面积梯度，它表示阀口过

流面积随阀芯位移的变化率。对于

孔口为全周边的圆周滑阀

，

。若为理想滑阀（

即

=0），则有。

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的计算式代入式（5－

1），即可相应的算出通过阀口的流量。

式（5－1）中的流量系数与雷诺数有关。当Re>260

时，为常

数；若阀口为锐边，则=0.8-0.9。圆柱滑阀的雷诺数Re表示为

式中，

为油液流经滑阀阀口的平均速度；为油液的运动粘度；

为滑阀阀口处液流的平均深度，

。当>>x

时，于是。２、锥阀流量系数

如图所示，具有半锥角

且倒角宽度为的锥阀阀

口，其阀座平均直径为，当阀口

开度为x时，阀芯与阀座间过流间隙高度

为

。在平均直径处，阀口的过流面积为

（5－3）

一般，

x<<，则

（5－4）

把阀芯和阀座间圆锥形装缝隙展开成扇形平面，即可看作两平行圆板

间径向流动的一部分，其雷诺数定义为

式中，为阀口平均流速。如此求得考虑了粘性摩擦、流动惯性和起

始效应的锥阀阀口流量系数为

（5－5）

当Re很大时，0.77-0.82。

点击看演示（a）（b）

（完整阀腔）流出阀口时（见左图）的稳态液动力为

（5－6）

可见，的方向与cos的方向相反，即指向阀口关闭的方向。

（完整阀腔）流入阀口时（见右图）的稳态液动力为

（5－7）

可见，的方向与cos的方向一致，即仍指向阀口关闭的方向。

点击看演示（a）（b）

（不完整阀腔）流出时（见左图）的稳态液动力为（取图中阴影部分为控制容积）

（5－8）

可见，的方向与cos的方向相反，即指向阀口关闭的方向。

（不完整阀腔）流入时（见右图）的稳态液动力为（取图中阴影部分为控制容积）

（5－9）

可见，的方向仍与cos相反，然而此时指向阀口开启的方向。

滑阀上稳态液动力的补偿（一）

点击察看演示图

对于高压大流量的阀，将因稳态液动力的数值很大，而使滑阀操纵困难。因此，必须采取措施进行补偿。常用的补偿方法有：

开多个径向小孔（见图）：稳态液动力计算公式（5－10）表明，如果射流角，则此力为零。将阀套上的通油空由一个大孔改成多个直径为的小孔，并排成螺旋状，使孔与

孔之间的重叠量为S

，以保证流量与位移的线性关系。对一个孔来说，在开小口时，

而窗孔完全打开时，。这样，只有还未完全开启的一个孔的液流会产生液动力，从而使之大大减小。

滑阀上稳态液动力的补偿（二）

利用压力降来补偿稳态液动力

（见图）：增大阀芯两端颈部直

径，使环状通道面积减小，液

流流经环状通道时产生压力降，

其液压力反作用于阀芯的轴肩

上，该液压力的方向与稳态液动

力的方向相反。根据实验

，当

时，可

以补偿稳态液动力的一半。此法

简单，但只在大流量时才有效。

斜孔法（见图）：将阀的进口（或出口）做成

斜孔，使液流进入（或流出）阀腔时带有一定的轴

向分力，以抵消节流窗口处的部分稳态液动力。

（三）滑阀上稳态液动力的补偿

特性腔法补偿稳态液动力：

图a所示为负力窗口结构，因油腔的回油在阀芯两端颈部锥面上发生动量变化，是从阀腔流出的液流所具有的轴向动量设计得比流入动量大，而产生一个开启力（负力），另外在阀腔中还产生一股顺时针方向的回流，也使负力有所增加。此负力可抵消一部分由矩形凸肩节流窗口所产生的使阀芯关闭的稳态液动力。如果两端颈部的锥角选择恰当，补偿的效果很高。与此类似，还可采用图b所示的回油凸肩来补偿稳态液动力，

特别在大流量时这种补偿方法更有效。

设计补偿结构时应避免稳态液动力被过补偿（见右图）。

过补偿时液动力将变为开启力，对阀的工作稳定性不利。

3、作用在圆柱滑阀上的瞬态液动力

瞬态液动力使滑阀在移动过程中（即开口大小发生变化时）阀腔中液流因加速或减速作用于阀芯上的力（见图）。此力只与阀芯移动速度有关（即与阀口开度的变化率有关），与阀口开度本身无关。若流过阀腔

的瞬时流量为，阀腔的截面积为，阀腔内加速或减速部分油液的质量为，阀芯的速度为，则有