滑阀稳态液动力产生原因与补偿方法

　　引 言

　　液压滑阀是流体传动与控制技术中非常重要的基础元件, 对滑阀的受力和工作过程进行深入的研究就显得十分必要。作用在液压滑阀上的压力、弹簧力等都是可控的、可预知的，而液动力则随阀的开口的大小、通过流量的大小等变化。液动力分为稳态液动力和瞬态液动力，所谓的稳态液动力是指阀的开口量一定时，液流通过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的力。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，补偿稳态液动力一直是国内外液压工作者关注的问题。

　　目前的补偿策略主要有：（1）阀套运动法[1]，这种补偿办法是将阀芯受到的力转移到运动的阀套上面，从而减小了阀芯的受力；（2）流道改造法[3] [4]，通过改造阀腔的流道，优化涡的布置位置，改变了流体的流动状态，从而改善液动力的状况；（3）非全周开口法[5]，在阀芯上切割出几条“U”形槽口, 油液首先在槽内流动, 然后进入阀腔。由于槽口的引流作用,减小了油液的喷射角度,液动力得到了补偿。

　　本文提出一种在阀套上开斜孔补偿液动力的方法，并采用Fluent软件分析对比了开斜孔前后阀内流体的流动状态，通过分析阀芯端面受力情况，从另一个角度分析了液动力产生的原因、大小及方向。

　　1 阀套开斜孔滑阀的结构和工作原理

　　阀套开斜孔滑阀的结构如图 1 所示，与一般滑阀最大的区别就是在阀套上面沿圆周开一系列对称的径向斜孔，当液流自箭头所指入口流入，经斜孔以一定的速度ω1进入阀腔，然后以 ω2的速度从节流口流出。按照动量定理，阀芯所受的稳态液动力与阀腔入口和出口处的流体轴向流动速度差有关，所以通过改变阀道的结构尺寸或阀道的布置，使得阀腔进、出口处的轴向速度差尽可能缩小，就可以减小阀芯所受的液动力。阀套开斜孔式滑阀正是利用这种原理，力求减小滑阀的稳态液动力。

　　2 稳态液动力的分析

　　如图 1 所示，取流体进出阀腔口之间的阀芯与阀体所构成的环形通道为控制容积，根据动量定理可知，到阀腔内的液体对阀芯的稳态液动力的轴向分量的计算公式为(1)。

　　F=-(ρqω₂cosθ₂-ρqω₁csθ₁) 　　(1)

　　式中，F———稳态液动力；

　　ρ———液体密度；

　　q———流体流量；

　　ω1———流体入口速度；