液压滑阀卡紧现象的理论分析和解决方案

　　1 引言

　　某钢厂新安装了一批滑阀式换向阀, 在使用后不久即经常出现动作失灵的现象, 经检查是滑阀阀芯“卡死”。这是由于阀芯和阀套的滑动副之间有一定的间隙, 在正常充满油液的条件下, 摩擦力应该是很小的, 但是由于加工锥度的原因, 在圆柱滑动副的密封长度内, 各个截面上的环形缝隙中的流体压强分布不均, 对柱体产生侧向力, 这个侧向力使得阀芯和阀套之间产生摩擦力导致了滑阀卡紧现象。本文详细推导了滑阀卡紧现象的相关公式, 并借助这些公式说明了阀芯“卡死”产生的原因, 并提出了相关解决方案。

　　2 滑阀卡紧力公式推导

　　阀芯和阀套之间由于加工的原因出现锥度缝隙, 将其展开就成为倾斜平面缝隙( 如图1所示) , 两个平面倾斜成一个微小的α角, 平面间的油液在平面两端具有压强差(p₁-p₂)或平面具有相对运动时均会出现倾斜平面缝隙流动(如图2所示) 。

　　2.1 缝隙间的速度分布

　　实际问题中的倾斜角α都是比较小的, 在倾斜平面缝隙两端存在压强差p₁-p₂, 或一个平板以v0速度运动, 都会使缝隙中的液体以近似平行的速度运动。于是对照图2可知:

　　但是倾斜平面缝隙沿流动方向的压强变化率不是常数, 因此不能用代表, 而且p=p(y) 的压强分布规律对于倾斜平面缝隙来说是一个十分重要的问题, 它是解决滑阀卡紧力这样一些实际问题的基础。

　　在(1) 式的条件下, 倾斜平面缝隙的N-S方程可以简化为:

　　利用边界条件可得出倾斜平面缝隙中的速度分布规律:

　　2.2 压强分布与流量

　　将通过Bdz微元断面的流量υyBdz, 从z=0到z=h积分即可得出流过任一断面的流量:

　　所以将h=h₁-ytanα代入,利用边界条件h=h₁时,p=p₁解出倾斜缝隙中的压强分布规律为:

　　如果令h=h₂时,p=p₂,则可得出倾斜缝隙两端的压强差:

　　从中解出q_V得:

　　这就是由压强差求流量的公式, 事实上这也就是带有锥度的阀芯两端有压强差而且阀芯运动时的泄露流量公式。当υ₀=0 时的纯压差流

　　3 滑阀“卡死”原因

　　下面利用这些基本公式说明阀芯运动中的“卡死”的原因。当滑阀处于静止状态时, υ₀=0, 由(5)式得: