性能特性

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第770页（3085字）

(1)性能要求

对节流阀和单向节流阀的性能要求是：

·流量调节范围大，流量—压差变化平滑；

·内泄漏量小，对有外泄漏口者，外泄漏量也要小；

·压力损失小，对单向节流阀，正向和反向压力损失都要小；

·调节力矩小，动作灵敏。

(2)节流口形式及特征

节流口是节流阀的核心，节流口形式及其特性在很大程度上决定着流量控制阀的性能。几种常用的节流口形式及其特征如表15．2－1所示。

表15．2－1 节流口形式及其特征

(3)性能特性分析

A．稳态特性

(A)流量稳定性

节流阀的流量特性方程如下：

q_v=KA△p^m (15．2－1)

式中 K——由节流口形状、流体流态、流体性质等因素决定的系数，数值由实验得出；

A——节流口的通流面积(m²)；

△p——节流口前、后的压差(Pa)；

m——由节流口形状决定的指数，0．5≤m≤1：

薄刃式节流 m=0．5，

细长孔节流 m=1。

节流阀流量特性曲线如图15．2－3所示。

图15．2－3 节流阀流量特性曲线

免使流体在层流状态下流动；而是要尽可能使节流口

由图15．2－3可知，节流阀流量的稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。

压差变化对流量稳定性的影响 当节流口前后压差变化时，通过节流阀的流量将随之改变，节流阀的这种特性可用节流刚度(d△p／dq_v)来表征。由式(15．2－1)可得

节流阀的节流刚度越大，流量稳定性越好，用于液压系统时所获得的负载特性也越好。由式(15．2－2)可知：

·节流阀刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度就越大；

·当节流口压差一定时，节流阀刚度与流量成反比，通过节流口的流量越小，刚度也越大；

·系数m越小，节流阀刚度越大。因此，为了获得较小的系数m，应尽量避免采用细长孔节流，即避形式接近于薄壁孔，也就是说使流体在节流口处的流动处在紊流状态，以获得较好的流量稳定性。

油温变化对流量稳定性的影响 当开口度不变时，若油温升高，油液粘度会降低，流量也将随之增大。为了减少油温变化对流量稳定性的影响，可采用薄刃式节流口。这是由于流体流过薄刃式节流口时为紊流状态，其流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。

阻塞对流量稳定性的影响 节流口的阻塞是指节流阀在小开度下工作时，所出现的流量不稳定和断流现象。防止节流口阻塞的措施是：

·采用大水力半径的薄刃式节流口；

·选用适当的压差，一般取△p=0．2～0．3MPa。因为压差太大，能量损失大，将会引起流体通过节流口时的温度升高，从而加剧油液氧化变质而析出各种杂质，造成阻塞；此外，当流量相同时，压差大的节流口所对应的开口量小，也易引起阻塞。若压差太小，又会使节流口的刚度降低，造成流量的不稳定。

·采用不易产生极化分子的油液，并控制油液温度的升高，以防止油液过快地氧化和极化。

·构成节流口各零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以减小吸附层的厚度。

·精密过滤油液。在节流阀前设置单独的精滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器。油液也要定期更换。

(B)流量调节范围和最小稳定流量

节流阀的流量调节范围和最小调节流量与节流口的形式、特征及抗阻塞能力是密切相关的，节流口的这些性能及其之间的关系如表15．2－2所示。

表15．2－2 节流口性能及其关系

B．动态特性

由式(15．2－1)，并考虑节流阀流道中的液感L，节流阀前后的总压差为

对上式线性化后的增量式为

式中 q_v0——通过节流阀流量的稳态值。考虑到稳态下存在着如下关系

式中 p₁₀、户₂₀——节流阀进、出口压力的稳态值。

故增量式可简化为

对上式进行拉氏变换并整理得

式中 τ——节流阀的时间常数

当节流阀出口压力恒定时，p₂(s)=0，节流阀的传递函数为

同样，当节流阀进口压力恒定时，p₁(s)=0，节流阀的传递函数为

由式(15．2－11)和(15．2－12)可知，节流阀的传递函数由一个放大环节和一个惯性环节组成。惯性环节对高频干扰有过滤作用，当系统中出现频率高于ω=1／τ(ω为节流阀的固有角频率)的压力波动时，节流阀的输出有很大衰减，所以节流阀有制止高频脉动的作用。另外，由于惯性环节有时间常数，使节流阀对系统中的阶跃输入(如出口压力突变)有滞迟作用，故节流阀又可以缓和液压冲击。