多路换向阀节流槽的等效阀口通流面积研究

王海荣 崔厚梅 董妍 张彭

摘 要 本文根据近年国内学者的研究成果和多年设计经验，针对多路换向阀节流槽的节流特性提出“等效阀口通流面积”的概念，给出了绘制“等效阀口通流面积”曲线的方法，为设计工作提供方便，同时对工程机械主机动作的精确预测具有重要的理论意义和实用价值。

关键词 多路换向阀 节流槽 等效阀口通流面积

多路换向阀是工程机械重要的基础核心零部件，它将两个以上的换向阀和若干辅助装置集成在一起，节约了工程机械主机液压阀的管路连接长度和安装空间，使液压阀的结构更加紧凑、主机操作更加方便，因此在各类工程机械上得到了广泛应用。然而当前，高端多路换向阀的制造技术却都掌握在Rexroth、Bucher、Hawe、Husco、Sauer等国际少数几个国家的液压元件制造商手中，我国的高端多路换向阀市场仍然被这些国家的制造商所占据。

现阶段，我国企业主要立足于仿制国外的多路阀产品，在设计水平上与国外企业相比存在一定差距。以挖掘机多路阀的阀芯节流槽设计为例：德国Bosch Rexroth公司的设计理念和研制方案较为完备，通常采用现场调试的方法，针对不同型号的挖掘机预制多路阀阀芯，通过试验测试回路中的压力、流量等参数，分析节流槽需要作何改进，经过多次修改、再调试直到满足工况要求。[1]而我国企业的设计理念与之相比则较为简单粗糙，多采用尝试法平行设计，即先模仿或根据经验采用某一型式、尺寸的节流槽，在主机装配后能满足功能需求则不做任何修改；不能满足功能需求则拆下阀芯进行形状、尺寸改进，每改进一次，装配主机调试，直至满足功能需求为止，其间缺少对关键参数特性的系统整理。由此可见，我国企业对多路阀阀口节流特性的掌握并不细致，尚缺乏“最优设计”的理念和依据。

本文根据近年国内学者的研究成果和多年设计经验，针对多路换向阀节流槽的节流特性提出“等效阀口通流面积”的概念，给出了绘制“等效阀口通流面积”曲线的方法，在多路阀的实际设计过程中，所提方法可以缩短企业对多路阀阀芯节流槽尺寸的设计周期，提高设计效率。

1 设计的理论依据

由伯努利流量方程，流经节流口的流量Q与节流口两端压差△p存在下述关系：

（1）

其中：Cd是流量系数，它是表征节流口液阻特性的综合参数；AT是节流口通流面积，是流體的密度。对于多路换向阀滑阀的阀芯而言，其上节流槽等同于节流口，由于工程机械主机的工作性能主要由节流槽的液流特性决定，因此，式（1）就成为对阀芯节流槽设计的主要理论依据。

式（1）中，是个常数；△p 是节流槽两端的压差，一般可根据实际工况推算和测量出，故对节流槽设计的难点就归结在确定节流槽的Cd和AT上。对于Cd，它与节流槽的型式、截面几何尺寸、开口大小、液流方向等相关，在常规设计计算时，业界常将其视为常数。对于AT，则由节流槽的几何形状尺寸决定。为了精确计算AT，国内许多学者在国外技术资料保密的情况下开展了自主研究。目前，国内学界普遍认同的等截面和渐扩型节流槽阀口面积的计算原则是以CFD软件模拟阀口压力特性分析后得出的，计算原则如下（以U型节流槽和V型节流槽为例）。

要说明的是，图5所示曲线会随着节流槽的几何尺寸不同而不同。设计人员需将常用型式、常用尺寸的节流槽等效阀口通流面积曲线做成技术资料手册，以方便设计时快速查取。

3 小结

在多路阀的传统设计和阀口性能计算中，设计者常常将流量系数常值化处理，这样会给设计计算带来较大误差；而使用“等效阀口通流面积”可以综合体现流量系数与阀口面积的变化规律，给设计工作提供方便，这对于工程机械主机动作的精确预测具有重要的理论意义和实用价值。

参考文献

[1] 王晓娟.小型液压挖掘机多路阀阀芯节流槽研究及应用[D].西南交通大学，2011.

[2] 王东升.节流槽滑阀阀口流量系数及稳态液动力计算的研究[D].兰州理工大学，2008.

[3] 冀宏，张继环，王东升，张玮，刘小平.滑阀矩形节流槽阀口的流量系数[J].兰州理工大学学报，2010.36（03）：47-50.