滑阀矩形节流槽阀口的流量系数

　　非全周开口滑阀的阀口由各种形式的节流槽及其组合构成,广泛应用于工程机械液压主控制阀[1]、液压比例阀[2]和伺服阀等元件中.相对于传统滑阀(全周开口形式),非全周开口滑阀的面积梯度容易控制,流量调节范围宽,可使液压执行机构获得良好的运动性能.阀口流量特性是液压控制阀的基本特性,流量系数是衡量阀口流量特性的关键参数.目前关于滑阀、球阀、锥阀及节流孔的流量系数研究较多[2-6],工程上也多将流量系数取为常数,而有关滑阀节流槽阀口流量系数的研究较少.在此类滑阀的设计计算中,节流槽流量系数的选取存在较强的近似性和模糊性.

　　矩形节流槽是滑阀中典型的节流槽形式之一,本文对滑阀矩形节流槽阀口的流量系数进行了试验研究和分析,获得了矩形节流槽阀口的流量系数及其变化规律,研究结论具有普适性.研究发现,矩形节流槽阀口的流量系数与全周开口滑阀有较大差别,矩形节流槽阀口的流量系数与其阀口开度、液流方向及节流槽的结构特征存在密切关系.

　　1　滑阀矩形节流槽及其阀口面积

　　图1给出滑阀和矩形节流槽(也称为U形节流槽)的结构简图,滑阀上均布有多个矩形节流槽及复合槽,在阀芯沿其轴线运动时,可获得需要的阀口面积变化规律.

　　有关矩形节流槽阀口面积的确定原则及其计算方法,可参看文献[7],在此不再赘述.

　　2　节流槽阀口流量压差特性试验

　　2.1　试验装置与矩形节流槽特征分析

　　试验装置如图2所示,直线步进电机拖动试验阀芯移动,每个试验阀芯上布置一种节流槽.比例变量泵的供油流量调定为60 L/min,安全阀的调定压力调定为30 MPa,背压阀的设定压力为2 MPa,油温40℃.数据采集系统通过流量传感器和压力传感器分别采集被试阀的流量和进出口压力.

　　试验阀芯节流槽的结构参数见表1.表中同时列出了矩形节流槽的截面深宽比(Dn/2Rn)和水力直径Dh.根据矩形节流槽的结构特点,本文提出用节流槽截面的深宽比、水力直径作为描述矩形节流槽形态的特征参数.

　　矩形节流槽截面的水力直径Dh=4A2/χ,其中A2为矩形节流槽截面面积,χ为湿周.

　　由图3可见,矩形节流槽的上表面为短圆弧,可以近似看作直线,由水力直径计算公式可得出矩形节流槽的水力直径.水力直径反映了矩形节流槽接近圆孔的程度,水力直径越大,其截面越接近于圆孔.

　　深宽比反映了矩形节流槽截面的深浅程度,其值越大,矩形节流槽越深,如表1和图3中的3#阀芯;其值越小,矩形节流槽越扁平,如表1和图3中的1#和4#阀芯.