液动力(参考资料)VIP免费

2.3.2.4作用在阀芯上的液动力问题当液流流经液压阀阀腔时，由于液流的动量发生变化，液流对液压阀会产生作用力，这个力称液动力，液动力是作用在阀芯上的主要轴向力之一。液动力问题一直是液压界关注的一个重要问题，液动力不仅会影响阀的操纵力，而且还可能引起阀的自激振动，影响整个系统的稳定性和可靠性。1.作用在滑阀阀芯上的液动力图2.3-11a所示为一四边滑阀，该滑阀具有两种不同油液进出形式的阀腔，如图2.3-11b和c所示。图2.3-11滑阀的液动力计算对于某一固定的阀口开度x来说，阀芯固定不动，阀腔中的流动为定常流动，液流对阀芯的作用力为稳态液动力。图2.3-11a为流体从阀腔流出时被节流的情况，选择阀腔进、出口过流断面及腔内壁面为控制面的控制体，运用式（2.3.6）得到阀芯所受轴向稳态液动力Fs为（2.3.24）式中v—滑阀节流口处的平均流速；θ—射流方向角，理想直角锐缘滑阀的射流角＝690；Q—流量。当流体反方向流动，即进口节流时，如图2.3-11b所示，稳态液动力仍为式（2.3.24）。应用阀口流速和流量公式，稳态液动力Fs的计算式还可以表示为（2.3.25）式中Cv—流速系数，一般取0.98～0.99；Cq—流量系数；Δp—阀口前后的压差；─阀口节流边周长，w=πd；由于角总是小于900，因此不论流动方向如何，稳态液动力方向始终使阀口趋于关闭。当阀芯处于运动状态时，阀口的开度x变化而使流量随时间t发生变化，阀腔内的液流速度也将随时间而变，因此属非定常流动的情况，此时除了上述稳态液动力以外，阀芯还受到轴向瞬态液动力Fi，Fi可由式（2.3.6）中第二项得到（2.3.26）式中—当出口节流时取“－”，进口节流时取“＋”；L—进、出口中心距离；由上式可知，对图2.3-11a所示的出口节流情况，在滑阀开启过程中，由于流量增大，作用在阀芯上的瞬态液动力Fi指向左，使阀芯趋于关闭，而在滑阀关闭过程中使滑阀趋于开启。Fi与阀芯的运动方向相反，是一个稳定的因素。若将Fi看作阻尼力，则Fi为正阻尼力。对图2.3-11b所示进口节流情况，Fi则与阀芯的运动方向相同，此时瞬态液动力成为负阻尼力，对阀芯的运动是一个不稳定因素，这种情况将危及到滑阀工作稳定性，在滑阀的设计中应引起重视。合理布置多个进、出油口的位置，可以控制瞬态液动力的大小及方向。负阻尼作用有时也是可以加以利用的，瞬态液动力的负阻尼力可以提高阀的启闭快速性。瞬态液动力Fi的计算式还可以表示为或（2.3.27）式中dxdt—阀口开度变化率，即阀芯移动速度。由上式可知瞬态液动力Fi与阀芯移动速度dxdt成正比。KL称为阻尼系数，KL与阀腔长度L有关。当Fi为正阻尼力时，KL取负值；当Fi为负阻尼力时，KL为正值，因为是沿阀腔取控制体，当阀芯移动时，控制体内的液体也将随阀芯产生牵连运动，当牵连运动存在加速度时，若考虑由此产生的液体惯性力Ff，它作用在阀芯上22dtxdmFcvf（2.3.28）式中mcv—阀腔中所包含全部油液质量。对于非定常流动，滑阀阀芯总的轴向液动力为（2.3.29）一般液压控制阀，阀芯所受的各种作用力中，瞬态液动力所占的比例不大，常常予以忽略，动态响应很高的阀（例如伺服阀、高速开关阀、高响应的比例阀）中需要计算瞬态液动力。2.作用在锥阀阀芯上的液动力按液流在锥阀中的流动方向不同，锥阀可分为外流式锥阀和内流式锥阀。锥阀的稳态液动力计算原则与滑阀相同，应用动量定理进行计算。首先讨论外流式锥阀，选取的控制体如图2.3-12a所示。忽略液体与阀座孔壁间的粘性力和液体重力，液流出口外侧的压力近似为0。当定常流动时，阀芯受到的液动力只有稳态液动力Fs，按动量定理可得。（2.3.30）式中v1，v2—控制体进、出口断面上的平均流速；p1—控制体进口断面A1上的压力；—半锥角即液流角。a)无阀座b)有阀座图2.3-12外流式锥阀液动力一般v1《v2，略去v1不计，应用阀口速度和流量公式，则稳态液动力Fs的计算式还可以表示为（2.3.31）式中x—阀芯抬起高度，即开度；d—阀座内孔直径。对于外流式锥阀，轴向稳态液动力随阀开度增加而减小，因此当阀芯抬起时，由于轴向稳态液动力的减小而使阀芯趋于关闭。对于有阀座的锥阀，可选取如图2.3-12b所示的控制体，列轴向动量方程，则可...