节流槽阀口的流量控制特性研究

　　在工程机械中,总是希望通过减小控制阀的调节梯度来提高调节精度,以减少换向或调节时的压力冲击,从而保证整机运行的平稳性、可靠性及操作的舒适性。节流槽阀口的水力半径大,抗阻塞性能好,面积梯度容易控制,其流量微调性能优良[1-2]。但节流槽腔内的流动比较复杂,传统意义上流量系数的常数化取值在节流槽上并不能适用[3],有关节流槽阀口的流量系数的系统研究还有待深入研究。

　　1 节流槽阀口的结构形式及参数选择

　　滑阀中所用的节流槽的结构形式很多,图1列出了几种节流槽结构,如单三角形、半圆槽形以及多种形状的组合形式等。节流槽对流量的节流控制特性取决于其阀口面积和流量系数,节流槽阀口面积反映了节流槽的通流几何尺寸,流量系数反映了节流槽结构对液流的局部阻力特性及局部阻力对节流槽通流能力的影响。

　　单三角形、三角半圆槽组合形、半圆槽形、双半圆槽形的结构尺寸参数如图2所示。节流槽的具体尺寸见表1。实验中采用的节流槽在阀芯圆周上均匀布置,节流槽数均为2。

　　图2和表1中节流槽参数的具体含义如下:r1为半圆节流槽的半圆半径;h1为半圆、单三角形槽和组合节流槽的第一级槽的槽深;L1为半圆、单三角形槽和组合节流槽的第一级槽的槽长;L12为组合节流槽的第二级槽的槽长;r2为组合节流槽的第二级槽的半圆半径;h2为组合节流槽的第二级槽的槽深;L2为组合节流槽的第一级槽的总槽长;B为单三角形槽的刀具投影角。

　　2 节流槽流量特性的实验装置

　　如图3所示,步进电机将旋转运动传递给丝杆,通过丝杆螺母将旋转运动转变为直线运动,阀芯连接板将直线运动传递给阀芯,实现阀芯步进[3]。每个被试阀芯上布置有一种节流槽。变量泵的流量调定为60L/min,溢流阀的调定压力为3.0MPa,背压阀的调定压力为0.8MPa,数据采集系统通过流量传感器、压力传感器和压磁式力传感器分别采集被试阀的流量、压力和阀芯的液动力。系统选用的进出口压差为2.2MPa,此压差可以避免发生气穴[4],阀内流动可视为单向流。

　　实验初始条件: (1)压力入口边界条件为310MPa;(2)压力出口边界条件为0.8MPa;(3)油液密度为889kg/m³。

　　由液压阀口压力流量的特性通用公式:

　　可得:

　　式中:流量q和压力差$p为实验数据,单位分别为L/min、MPa,在本实验中Δp =2.2MPa。实验所用的节流槽的阀口面积已由程序计算获得[5],实验阀芯节流槽的阀口面积如图4所示。

　　3 结果与分析