基于FLUENT的滑阀液动力研究及结构分析

　　液压滑阀是流体传动与控制技术中重要的基础元件，主要结构及工作原理如图1所示。液压滑阀通过阀芯阀体的相对移动，控制流体的流量及流动方向。阀芯在移动过程中，受液压力、弹簧力、液动力、摩擦力、惯性力等外力影响，其中，液动力是由于阀芯的移动，使液流的速度矢量发生改变而产生的外力，其影响了换向阻力及阀的精确控制。因此，对阀芯液动力的准确计算和有效补偿，是提高大流量液压控制阀及其系统操作精确性、舒适性、可靠性、安全性及节能的关键环节之一。

　　液动力分为稳态液动力和瞬态液动力，瞬态液动力在阀芯所受到的各种作用力中所占的比重不大，在一般液压阀中通常可以忽略不计，本文研究的液动力为稳态液动力。所谓的稳态液动力是指滑阀开口一定(稳定流动)时，由于流经阀腔和阀口的液流截面积及方向的改变(如图1所示) 而引起的液流速度的改变，导致液流动量的变化而产生的液动力。稳态液动力又可称为动反力，它可分解为轴向分力和侧向分力。由于一般将阀体的油腔对称地设置在阀芯的周围，因此沿阀芯周围的侧向分力相互抵消了。当流量较大时，稳态液动力会较大，对伺服阀和比例阀的操控有较大的影响，会出现液动力大于操控力而使阀芯动作失效的情况，因此，减小工作时换向阀的最大稳态液动力一直是国内外液压工作者关注的问题。

　　1阀芯所受最大液动力的理论推导

　　图2 为液压系统示意图。滑阀在工作时，阀芯由闭合逐渐开启过程中，由于溢流阀的调定压力的作用会出现两个工况———恒压过程、恒流过程。恒压工况的特点：由于溢流阀的溢流定压作用，系统压强不变，通过溢流阀的流量随开口的增大而增大。恒流工况的特点：当通过阀口的流量达到泵的额定流量，此时溢流阀不再溢流，系统的压强随着开口的增大而逐渐减小。两个工况的液动力分析如下所述。

　　1.1恒压过程

　　在图2 中，阀芯由闭合到逐渐开启过程中，当滑阀开口很小时，泵排出的部分液体通过溢流阀溢出，系统近似为一个恒压系统，通过滑阀开口的流量q随着开口 x 而改变。阀芯受到的稳态液动力Fs的通用表达式即为

　　其中v₂为流出阀口的速度，p 为流体的密度，q为通过圆柱滑阀阀口的流量。

　　其中C_v为速度系数，一般C_v=0.95～0.98;△p为流通过圆柱滑阀阀口的压力损失。

　　W 为滑阀开口周长，又称过流面积梯度，对于理想滑阀 ，W =πd，x 为滑阀的开度、d 为阀芯直径。θ为液流角负号表示稳态液动力的方向与v₂cosθ 相反，所以上式又可写成