开度本身无关。
图5-4瞬态液动力
（a）开口加大，液流流出阀口 （b）开口加大，液流流入阀口
图5-4示阀芯移动时出现瞬态液动力的情况。当阀口开度发生变化时，阀腔内长度为l那部分油液的轴向速度亦发生变化，也就是出现了加速或减速，于是阀芯就受到了一个轴向的反作用力
Fbt，这就是瞬态液动力。很明显，若流过阀腔的瞬时流量为q，阀腔的截面积
mo，阀芯移动的速度为v，则有
为As，阀腔内加速或减速部分油液的质量为
Fbt??modq/dt???Asldv/dt???ld?Asv?/dt???ldq/dt （5-3）
因为
Ao?WXV，当阀口前后的压差不变或变化不大时，流量的变化率dq/dt为
dq/dt?CdW?2?P/??dXV/dt1/2将上式代入式（5-3），得
1/2
Fbt??CdWl?2??P?dXV/dt （5-4）
滑阀上瞬态液动力的方向，视油液流入还是流出阀腔而定。图5-4（a）中油液流出阀腔，则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作用方向都与阀芯的移动方向相反，起着阻止阀芯移动的作用，相当于一个阻尼力。这时式（5-4）中的l取正值，并称之为滑阀的“正阻尼长度”。反之，图5-4（b）中油液流入阀腔，阀口开度变化时引起液流流速变化的结果，都是使瞬态液动力的作用方向与阀芯移动方向相同，起着帮助阀芯移动的作用，相当于一个负的阻尼力。这种情况下式（5-4）中的l取负值，并称之为滑阀的“负阻尼长度”。
滑阀上的“负阻尼长度”是造成滑阀工作不稳定的原因之一。 滑阀上如有好几个阀腔串联在一起，阀芯工作的稳定与否就要看各个阀腔阻尼长度的综合作用结果而定。
5.1.4卡紧力 液压卡紧是一种特殊的流体力学现象，对液压元件性能的影响很大。 液压元件的运动副中有很多环形缝隙，如滑阀阀芯与阀体之间的缝隙等，这些缝隙一般都充满油液。正常情况下，移动阀芯时所需的力只须克服粘性摩擦力，数值要求不大。电磁换向阀是一种利用电磁铁来推动阀芯实现换向的液压阀，其电磁推力仅30~50N，使用效果很好，得到大量的应用。由于电磁换向阀可很方便地实现与PLC、单片机及工业控制计算机的接口，使液压系统成为一种理想的计算机控制对象。
但是，有时情况会变得很糟，特别是在中、高压系统中，当阀芯停止移动一段时间后（一般约5分钟），这个阻力可以增大到数百牛顿，阀芯仅依靠电磁力根本无法推动，就像“卡死了”一样，系统因而无法完成预定的动作。导致这种情况出现的原因，是阀的缝隙处产生了“液压卡紧”。
1.卡紧力产生的原因
出现液压卡紧有可能是因油温升高导致阀芯膨胀引起的，也有可能是异物进入配合面或配合面划伤破坏了配合副的间隙引起的，但更常见的是阀芯严重偏心使阀体之间形成了直接的机械接触。
除了制造方面的问题之外，径向不平衡力也是造成阀芯偏心的原因。如果缝隙中的液体压力在周向不是均匀分布的，则在此不均匀的压力的作用下，阀芯或者将贴靠阀体，或者将被推向中心。
滑阀阀芯在制造中总难免有一定的锥度，根据压力差方向与锥度方向之间的关系，可以分为顺锥和倒锥两种情形。如果阀芯与阀孔之间是完全同心的，不论顺锥还是倒锥，其缝隙中的压力分布在圆周方向将是完全对称的，不会产生径向力。但如果阀芯与阀孔不同心，情况就变得复杂起来。
图5-5缝隙中的压力分布
（a）倒锥形缝隙 （b）顺锥形缝隙 （c）均压槽的作用
图5-5（a）所示是不同心时的倒锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较慢，而缝隙最大处压力降低得要快一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心进一步加大。
图5-5（b）所示是不同心时的顺锥及其缝隙中的压力分布，缝隙最小处压力降低得比较快，而缝隙最大处压力降低得要慢一些。两处径向力存在一定的差值，这个径向不平衡力的作用将使阀芯偏心减小。
倒锥是一种不稳定状态，偏心越大，径向不平衡力就越大，反过来进一步加大偏心，形成恶性循环，最终使阀芯贴靠阀孔，造成液压卡紧。
尽管顺锥有利于减小偏心，但工程上很难保证阀芯处的缝隙一定是顺锥，特别是在缝隙两端压力差方向会改变时更是如此。
2.减小卡紧力的措施
为了减小液压卡紧力，可以采取下述一些措施。
1）提高阀的加工和装配精度，避免出现偏心。阀芯的圆度和圆柱度误差不大于0.003-0.005mm，要求带顺锥，阀芯的表面粗糙度a值不大于0.2?m。阀孔的a值不大于0.4?m。
2）在阀芯台肩上开出平衡径向力的均压槽。均压槽可使同一圆周上各处的压力油互相沟通，减小径向不平衡力，使阀芯在中心定位。
3）使阀芯或阀套在轴向或圆周方向上产生高频小振幅的振动或摆动。 4）精细过滤油液。
液压元件中普遍采用的均压槽结构，可以有效地防止或减轻倒锥导致的液压卡紧的影响，如图5-5(c)所示。均压槽是在阀芯上沿轴向分布的一系列环形浅槽，其作用是通过槽的沟通使缝隙相应截面处周向的压力趋于一致。这样，相当于把一个大的倒锥，分割成了若干个小的倒锥，这些小倒锥所产生的径向不平衡力已经降低到了微乎其微的程度。
一般地，均压槽的尺寸是：宽0.3-0.5mm，深0.5-0.8mm，槽距1-5mm。 阀芯表面粗糙度过大或小的污染物进入缝隙中，也会产生类似效果的液压卡紧现象。因此，除采用开均压槽的方法来控制液压卡紧外，必须从制造、抗污染等多方面入手，才能取得好的效果。
RR换向阀、压力阀以及液压泵等中，均存在液压卡紧现象，这是液压元件中的一个共性问题，必须予以高度重视。
液压元件制造精度要求高，如阀芯的圆度和锥度允差为0.003-0.005mm，表面粗糙度
Ra的数值不大于0.20?m等，均较一般机械零件的要求高，很大程度上是为了防止发生液
压卡紧。
5.2压力控制阀
5.2.1概述
在液压传动系统中，控制油液压力高低或利用压力实现某些动作的液压阀统称压力控制阀,简称压力阀。
压力阀按其功能可分为溢流阀，减压阀，顺序阀和压力继电器等。这类阀的共同点都是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理工作的。
5.2.2溢流阀 溢流阀是通过阀口的溢流，使被控制系统或回路的压力维持恒定，实现稳压，调压或限压作用。溢流阀按其结构原理分为直动型和先导型。
对溢流阀的主要要求是：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过流能力大，嗓声小。
1． 直动式溢流阀
1)直动式溢流阀的工作原理和结构
图5-6（a）所示为锥阀式(还有球阀式和滑阀式)直动型溢流阀的工作原理图。当进油口P从系统接入的油液压力不高时，锥阀芯2被弹簧3紧压在阀体1的孔口上，阀口关闭。当进口油压升高到能克服弹簧阻力时，便推开锥阀芯使阀口打开，油液就由进油口P流入，再从回油口T流回油箱(溢流)，进油压力也就不会继续升高。当通过溢流阀的流量变化时，阀口开度即弹簧压缩量也随之改变。但在弹簧压缩量变化甚小的情况下，可以认为阀芯在液压力和弹簧力作用下保持平衡，溢流阀进口处的压力基本保持为定值。拧动调压螺钉4改变弹簧预压缩量，便可调整溢流阀的溢流压力。
这种溢流阀因压力油直接作用于阀芯，故称直动型溢流阀。直动型溢流阀一般只能用于低压小流量处，因控制较高压力或较大流量时，需要装刚度较大的硬弹簧或阀芯开启的距离较大，不但手动调节困难，而且阀口开度（弹簧压缩量）略有变化便引起较大的压力波动，压力不能稳定。系统压力较高时宜采用先导型溢流阀。
图5-6直动式溢流阀
（a） 结构原理图（b）DBD型直动型溢流阀结构原理图 （c）阀芯局部放大图
1-阀体 2-锥阀芯 3,9-弹簧 4-调节螺钉 5-上盖 6-阀套 7-阀芯 8-插块阀体
10-偏流盘 11-阀锥 12-阻尼活塞
F若阀芯的面积为A，则此时阀芯下端受到的液压力为pA，调压弹簧的预紧力为s，
当
即
Fs?pA时，阀芯即将开启，这一状态时的压力称之直动溢流阀的开启压力，用pk表示。
pA?Fs?KXo kp?KXo/A （5-5）
或 k式中 K ----弹簧的刚度
Xo----弹簧的预压缩量
当pkA?Fs时，阀芯上移，弹簧进一步受到压缩，溢流阀开始溢流。直到阀芯达到某一新的平衡位置时停止移动。此时进油口的压力为p。
o
式中X——由于阀芯的移动使弹簧产生的附加压缩量。
p?K?X?X?/A由于阀芯移动量不大（即X变动很小），所以当阀芯处于平衡状态时，可认为阀进口压力p基本保持不变。
图5-6（b）为德国力士乐公司的DBD型直动型溢流阀的结构图。图中锥阀下部为减振阻尼活塞，见图5-6（c）的局部放大图。这种阀是一种性能优异的直动型溢流阀，其静态特性曲线较为理想，接近直线，其最大调节压力为40MPa。这种阀的溢流特性好，通流能力也较强，既可作为安全阀又可作为溢流稳压阀使用。该阀阀芯7由阻尼活塞12、阀锥11和偏流盘10三部分组成（见图5-6（c）阀芯局部放大）。在阻尼活塞的一侧铣有小平面，以便压力油进入并作用于底端。阻尼活塞作用有两个：导向和阻尼。保证阀芯开始和关闭时既不歪斜又不偏摆振动，提高了稳定性。阻尼活塞与阀锥之间有一与阀锥对称的锥面，故阀芯开启时，流入和流出油液对两锥面的稳态液动力相互平衡，不会产生影响。此外，在偏流盘的上侧支承着弹簧，下侧表面开有一圈环形槽，用以改变阀口开启后回油射流的方向。对这股射流运用动量方程可知，射流对偏流盘轴向冲击力的方向正与弹簧力相反，当溢流量及阀口开度X增大时，弹簧力虽增大，但与之反向的冲击力亦增大，相互抵消，反之亦然。因此该阀能自行消除阀口开度X变化对压力的影响。故该阀所控制的压力基本不受溢流量变化的影响，锥阀和球阀式阀芯结构简单，密封性好，但阀芯和阀座的接触应力大。实际中滑阀式阀芯用得较多，但泄漏量较大。
2）溢流阀的性能
溢流阀的性能主要有静态性能和动态性能两种。
① 静态特性 溢流阀的静态性能是指阀在系统压力没有突变的稳态情况下，所控制流体的压力、流量的变化情况。溢流阀的静态特性主要指压力-流量特性、启闭特性、压力调节范围、流量许用范围、卸荷压力等。
a.溢流阀的压力-流量特性 溢流阀的压力-流量特性是指溢流阀入口压力与流量之间的变化关系。图5-7为溢流阀的静态特性曲线。其中口压力小于
pk1为直动式溢流阀的开启压力，当阀入
pk1时，溢流阀处于关闭状态，通过阀的流量为零；当阀入口压力大于pk1时，
溢流阀开始溢流。图5-7中
pk2为先导阀的开启压力，当阀进口压力小于pk2时，先导阀关pk2时，先导阀开启，然后主阀芯打开，溢流阀开始溢流。在
pq闭，溢流量为零，当压力大于
两种阀中，当阀入口压力达到调定压力n时，通过阀的流量达到额定溢流量n。
由溢流阀的特性分布可知：当阀溢流量发生变化时，阀进口压力波动越小，阀的性能越好。由图5-7溢流阀的静态特性曲线可见，先导式溢流阀性能优于直动式溢流阀。
相关推荐：
loading