分压节流阀口空化表征探究.docx

分压节流阀口空化表征探究摘要：分压节流阀口在节流阀口的设计中具有很大 的实用价值，其在分散阀口节流压降在节流截面上的过分集 中，减轻阀口剧烈的空化现象方面具有优势本文探讨了节 流阀口空化概率的表征方法，并在经典空化数0定义的基 础上提出了适合于节流阀口空化剧烈程度表征的空化指数 计算式关键词：分压；节流阀口；空化表征；特性曲线；体 积流量引言高性能多路阀是工程机械、农业机械等现代化设备的液 压控制系统中的关键控制器件，通过多路阀来控制・系统油 路的通断可以实现液压执行机构的复杂复合动作，其性能的 优劣会对对高性能液压机械的工作性能产生较大的影响当 系统外部负载具有较大的时变性时，多路阀芯将处于恶劣工 况，节流阀芯过大的压降将会使阀芯节流处于剧烈的空化气 蚀状态，这将会对液压阀的寿命产生非常大的影响为了尽 可能的抑制节流阀口的空化气蚀现象，在实际节流阀口的设 计中较多的应用异型分压节流阀口，其具有多个分压节流截 面，可以较好地分散阀口过大的节流压降到目前为止，应 用通用流场有限元分析软件对液压阀内部流道的流场进行 有限元分析的研究已经有很多学者做过，并取得了一些成 果还有一部分学者针对液压阀、液压泵等液压元件进行了 仿真加试验的研究。

同全周阀口节流相比，异型分压节流槽 其水力直径较大，抗阻塞性较好，且容易获得较小的稳定流 量本文研究了表征节流阀口空化特性的空化指数的数学表 达形式，从经典空化数0的定义出发，探讨了适合于异型 分压节流阀口空化剧烈程度表征的空化数计算公式，并将其 运用到U型分压节流槽的空化特性分析从理论分析结论与实验数据的比较中看出，利用该空化 表征公式能够很好的解释阀口流量试验的结果1异型节流阀口空化表征的建立空化现象是阀口节流中最难解决问题之一，由于阀口设 计等原因，节流阀口的节流过程往往伴随着阀口剧烈的空化 气蚀现象，使液压阀的使用寿命大大的缩短空化气泡的产 生不仅与流体的气液分离压Pg有关、还与液体中气核的大 小和数量有直接的关系为了量化空化气泡产生的可观条 件，人们提出了无量纲初生空化数的概念，以此表征不同条 件下空化气泡产生的概率，经典的无量纲空化数0定义为:式中P8为参考流体的绝对压力，U为参考流体的速 度,Poo与［JOO是相对应的，即在压力Poo方向的来流速度U Pg为液体在某一温度下的气液分离压，P为液体密度显然由于经典空化数的计算中需要所关注流场的压 力P和流体速率U,而在实际的节流阀口中要想计算出其阀 口的节流流速是很困难的，为此要想较好的表征节流阀口的 空化气蚀特性，就必须对从新寻找新的空化指数的变大形 式，以使其适用于分压节流阀口。

一般当某一流场存在压降AP的时候，在该流场附近会 存在一个流场压力的最小值Pmin,定义该流场区域内的最小 压力系数Cpmin为:从式（2）中看出，显然当该流场内的最小流体压力值 Pmin到达油液气液分离压Pg附近时，最小压力系数CPmin 在数值上与经典空化数o相等忽略油液的重力势能，则 理想伯努利方程可以变化为式（3）：式中P2, P为阀口过流截面压力和液压流道内压力， u2和u为阀口过流截面平均速度和液压流道入口处平均速 度一般液压阀流道的特征尺寸d相对于其阀芯的阀口几何 尺寸k要大得多，即dk；又由几何关系知液压阀流道的过 流截面Ad与阀口过流节流面积Ak,与其特征尺寸之间存在 如下关系：由此可知液压流道的过流面积Ad与阀口过流截面节流 面积Ak也满足AdAko在过流截面上流过的平均流量Q二Au, 忽略油液可压缩性，由于Qd=Qk, AdAk,则由此推知液压 阀流道内的流速u00与阀口节流截面的流速u2满足uu -1 2>Pg,从式（6）可以看出，阀口的入口处压力P增大时， 由数学原理知道节流阀口空化指数减小；提高节流出口 背压P2时，空化指数也相应的减小这与之前对空化气 蚀现象的分析是吻合的，用式（6）所定义的节流阀口空化 数。

是合理的适应于分压节流阀口节流空化气穴指数的表征要求，可 分别计算过流截面Al, A2的空化指数ol,依据节流 阀口空化指数o定义式（6）,定义了分压节流阀口过流截 面Al, A2上的空化指数ol,式中P1可看做是节流阀口的入口压力，P2则近似认为 是两个过流截面Al, A2之间区域内的平均压力，P3则视作 节流阀口背压由U型节流槽的节流特性可以确定在节流截面Al, A2 上的节流压降分配满足下式式中CqlAl, Cq2A2为考虑了节流阀口加工工艺性的等 效节流截面面积考虑到节流阀口各个节流截面上的节流压降与阀口总 的节流压降之间的联系，并将节流阀口空化指数计算式（7） 做合适的数学形式变化，最终得到了阀口节流空化指数的计 算式（9）：2异型节流阀口空化特性分析由空化特性的表征公式可知，要明确节流阀口的空化特性，必须首先得到节流阀口的节流截面Al和A2的节流面积 大小本文中，依据图.1中的U型节流槽结构简图，可以得 到U型节流槽节流截面的面积随着阀口开度X的变化函数A](X), A2 (X)o根据图.1所示，当节流阀口开度x。