多路換向閥節流槽的等效閥口通流面積研究

王海榮 崔厚梅 董妍 張彭

摘 要 本文根據近年國內學者的研究成果和多年設計經驗，針對多路換向閥節流槽的節流特性提出“等效閥口通流面積”的概念，給出了繪制“等效閥口通流面積”曲線的方法，為設計工作提供方便，同時對工程機械主機動作的精確預測具有重要的理論意義和實用價值。

關鍵詞 多路換向閥 節流槽 等效閥口通流面積

多路換向閥是工程機械重要的基礎核心零部件，它將兩個以上的換向閥和若干輔助裝置集成在一起，節約了工程機械主機液壓閥的管路連接長度和安裝空間，使液壓閥的結構更加緊湊、主機操作更加方便，因此在各類工程機械上得到了廣泛應用。然而當前，高端多路換向閥的制造技術卻都掌握在Rexroth、Bucher、Hawe、Husco、Sauer等國際少數幾個國家的液壓元件制造商手中，我國的高端多路換向閥市場仍然被這些國家的制造商所占據。

現階段，我國企業主要立足于仿制國外的多路閥產品，在設計水平上與國外企業相比存在一定差距。以挖掘機多路閥的閥芯節流槽設計為例：德國Bosch Rexroth公司的設計理念和研制方案較為完備，通常采用現場調試的方法，針對不同型號的挖掘機預制多路閥閥芯，通過試驗測試回路中的壓力、流量等參數，分析節流槽需要作何改進，經過多次修改、再調試直到滿足工況要求。[1]而我國企業的設計理念與之相比則較為簡單粗糙，多采用嘗試法平行設計，即先模仿或根據經驗采用某一型式、尺寸的節流槽，在主機裝配后能滿足功能需求則不做任何修改；不能滿足功能需求則拆下閥芯進行形狀、尺寸改進，每改進一次，裝配主機調試，直至滿足功能需求為止，其間缺少對關鍵參數特性的系統整理。由此可見，我國企業對多路閥閥口節流特性的掌握并不細致，尚缺乏“最優設計”的理念和依據。

本文根據近年國內學者的研究成果和多年設計經驗，針對多路換向閥節流槽的節流特性提出“等效閥口通流面積”的概念，給出了繪制“等效閥口通流面積”曲線的方法，在多路閥的實際設計過程中，所提方法可以縮短企業對多路閥閥芯節流槽尺寸的設計周期，提高設計效率。

1 設計的理論依據

由伯努利流量方程，流經節流口的流量Q與節流口兩端壓差△p存在下述關系：

（1）

其中：Cd是流量系數，它是表征節流口液阻特性的綜合參數；AT是節流口通流面積，是流體的密度。對于多路換向閥滑閥的閥芯而言，其上節流槽等同于節流口，由于工程機械主機的工作性能主要由節流槽的液流特性決定，因此，式（1）就成為對閥芯節流槽設計的主要理論依據。

式（1）中，是個常數；△p 是節流槽兩端的壓差，一般可根據實際工況推算和測量出，故對節流槽設計的難點就歸結在確定節流槽的Cd和AT上。對于Cd，它與節流槽的型式、截面幾何尺寸、開口大小、液流方向等相關，在常規設計計算時，業界常將其視為常數。對于AT，則由節流槽的幾何形狀尺寸決定。為了精確計算AT，國內許多學者在國外技術資料保密的情況下開展了自主研究。目前，國內學界普遍認同的等截面和漸擴型節流槽閥口面積的計算原則是以CFD軟件模擬閥口壓力特性分析后得出的，計算原則如下（以U型節流槽和V型節流槽為例）。

要說明的是，圖5所示曲線會隨著節流槽的幾何尺寸不同而不同。設計人員需將常用型式、常用尺寸的節流槽等效閥口通流面積曲線做成技術資料手冊，以方便設計時快速查取。

3 小結

在多路閥的傳統設計和閥口性能計算中，設計者常常將流量系數常值化處理，這樣會給設計計算帶來較大誤差；而使用“等效閥口通流面積”可以綜合體現流量系數與閥口面積的變化規律，給設計工作提供方便，這對于工程機械主機動作的精確預測具有重要的理論意義和實用價值。

參考文獻

[1] 王曉娟.小型液壓挖掘機多路閥閥芯節流槽研究及應用[D].西南交通大學，2011.

[2] 王東升.節流槽滑閥閥口流量系數及穩態液動力計算的研究[D].蘭州理工大學，2008.

[3] 冀宏，張繼環，王東升，張瑋，劉小平.滑閥矩形節流槽閥口的流量系數[J].蘭州理工大學學報，2010.36（03）：47-50.