第五章液压控制阀 第一节 阀内流动的基本规律(2)

（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。

　　考虑到 ， ，所以上式又可写成

　　考虑到阀口的流速较高，雷诺数较大，流量系数 可取为常数，且令液动力系数

　　则上式又可写

　　当压差 一定时，由式（5－10c）可知，稳态液动力与阀口开度x成正比。此时液动力相当于刚度为 的液压弹簧的作用。因此， 被称为液动力刚度。

　　式（5－10a）（5－10b）（5－10c）为稳态液动力的通用表达式； 的方向（即式中的±号）这样判定：对完整阀腔而言，无论液流方向如何， 的方向总是力图使阀口趋于关闭；对不完整阀腔而言， 的方向总是与液流 cos 的方向相反。

滑阀上稳态液动力的补偿（一）

　　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

　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

而　

　　显然，瞬态液动力 与滑阀的移动速度 成正比，因此它起到粘性阻尼力的作用。瞬态液动力的方向，视油液流入还是流出阀腔而定（见图a），阀口开度加大时长度为L的那部分油液加速，开度减小时油液减速，两种情况下瞬态液动力的方向都与阀芯移动的方向相反，起阻止阀芯移动的作用，相当于一个正阻尼力，阻尼系数 取正值；油液流入阀腔（见图b），阀口开度变化时，瞬态液动力的方向均与阀芯移动方向相同，起帮助阀芯移动的作用，相当于一个负阻尼力，阻尼系数 取负值。

　　在阀芯所受的各种作用力中，瞬态液动力所占比重不大，在一般液压阀中通常忽略不计。只当分析计算动态响应较高的阀（如伺服阀或高相应的比例阀）时，才予考虑。