第五章液压控制阀 第一节 阀内流动的基本规律(3)

４、作用在锥阀上的液动力

１）、作用在锥阀上的液动力

外流式锥阀（见图）上作用的稳态轴向推力

　　假定锥阀入口处的流速为 、压力为 ，锥阀出口处的流速为 、压力为大气压( =0)，锥阀口的开口量为x，半锥角为 ，阀座孔的断面积为 ， 。考虑到锥阀开度x不大，则可认为液流射流角 = ；一般倒角宽度 取的很小，故有 0， 。在稳定流动时，利用动量定理可知，作用在锥阀上的稳态轴向推力为 ，因 ，故可忽略 ，这样

　 上式右端第一项为锥阀底面的液压力；第二项为液流流经锥阀阀口的稳态液动力，此力的方向使阀芯趋于关闭。因 ， ，则上式为

　　式中， 为外流式锥阀轴向推力系数。 　　（5－13）

内流式锥阀（见图）上作用的稳态轴向推力

　　设 =0，按上述方法导出其稳态轴向推力为

　　上式右端第一项为锥阀上面的液动力；第二项为液流流经锥阀阀口的稳态液动力，此力的方向使阀芯进一步开启，是一个不稳定因素。故在先导溢流阀的主阀芯上，常用在锥阀下端加尾碟（防震尾）的方法来保证使作用其上的液动力指向阀口关闭的方向，以增加主阀芯的工作稳定性。

式（5－14a）还可写成

　　式中， 为内流式锥阀轴向推力系数。

四、作用在滑阀上的液压卡紧力

　　如果阀芯与阀孔都是完全精确的圆柱形，而且径向间隙中不存在任何杂质、径向间隙处处相等，就不会存在因泄漏而产生的径向不平衡力，称之为侧向力。由于这个侧向力的存在，从而引起阀芯移动时的轴向摩擦阻力，称之为卡紧力。如果阀芯的驱动力不足以克服这个阻力，就会发生所谓的卡紧现象。

　　阀芯上的侧向力如图所示。图中 和 分别为高、低压腔的压力。图a表示阀芯因加工误差而带有倒锥（锥部大端在高压腔），同时阀芯与阀孔轴心线平行但不重合而向上有一个偏心距 。如果阀芯不带锥度，在缝隙中压力呈三角形分布（图中点划线所示）。现因阀芯有倒锥，高压腔的缝隙小，压力下降较快，过压力分布呈凹形，如图a中实线所示；而阀芯下部缝隙较大，缝隙两端相对缝隙铰小，所以b比a凹的小。这样，阀芯上就受到一个不平衡的侧向力，且指向偏心一侧，直到二者接触为止。图b所示为阀芯带有顺锥（锥部大端在低压腔），这是阀芯如有偏心，也会产生侧向力，但此力恰好是使阀芯恢复到中心位置，从而避免了液压卡紧。图c所示为阀芯(或阀体)因弯曲等原因而倾斜时的情况，由图可见，该情况的侧向力较大。

　参见图a，根据流体力学对偏心渐扩环形间隙流动的分析，侧向力的计算公式为

　　式中， 、 、 分别为滑阀的直径、长度及大小端半径差； 为 =0时滑阀大端径向间隙。

　　当 = 时，阀芯出现卡紧现象，此时的侧向力为 　　 （5－17）

当 / =0.9时，液压侧向力有最大值，即

　　则移动滑阀需要克服的液压卡紧力为

　　式中， 为摩擦系数，介质为液压油时，取 =0.04-0.08。　

减小液压卡紧力的措施

在倒锥时，尽可能地减小 / ，即严格控制阀芯或阀孔的锥度，但这将给加工带来困难。

在阀芯凸肩上开均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，并时阀芯在中心定位。开了均压槽后，引入液压卡紧力修正系数 ，可将式（5－19）修正为

　　开一条均压槽时， =0.4；开三条等距槽时， =0.063；开七条槽时， =0.027。槽的深度和宽度至少为间隙的10倍，通常取宽度为0.3～0.5mm，深度为0.8～1mm。才的边缘应与孔垂直，并成锐缘，以防脏物挤入间隙。槽的位置尽可能靠近高压腔；如果没有明显的高压腔，则可均匀的开在阀芯的表面上。开均压槽虽会减小封油长度，但因减小了偏心环形缝隙的泄漏，所以开均压槽反而使泄漏量减少。

采用顺锥。

在阀芯轴向加适当频率的和振幅的颤振。

精密过滤油液。