摘 要：针对工程机械用流量控制阀多采用的节流槽形式的阀口会引起压力损失，采用理论计算和CFD技术对节流槽的压力损失进行了对比分析。结果表明：流量控制阀阀芯位移一定，主泵输出流量越大，进油处以及回油处的节流压力损失越大；主泵输出的流量一定，流量控制阀阀芯位移越大，进油处以及回油处的节流压力损失越小。

关键字：进口流量控制阀

0 液压流量阀口节流压力损失的理论计算

液压流量阀通过控制其阀芯的位置对节流阀口的液流阻力进行控制，从而能够控制流入油缸的流量。但这同时也带来了一定的压力损失，液压油从流量阀的入口到出口，阀入口处的节流槽会产生一定的节流压力损失，导致阀出口的压力变低，特别是在阀芯小开口时，可能会影响液压系统的性能。因此，可由小孔节流的流量公式（1）反算得出主阀节流口前后的压力损失Δp。

    （1）

反算得出：

    （2）

式（2）中：Δp为节流阀口前后的压力损失，MPa；c_d为流体流量系数；Au为节流槽阀口等效过流面积，m²；q为主阀进口流量，L/min；ρ为液压油油液密度，kg/m³。

应用在挖掘机上的主控阀即是一多联的三位六通流量阀，当挖掘机处于挖掘工况时，即铲斗液压缸外伸，液压油经过流量阀进入铲斗液压缸的无杆腔。经过此流量阀即有两处压力损失，分别是进油口处节流压力损失和回油口处的节流压力损失（见图1）。

图1 铲斗联阀内阀腔与阀芯之间的流道模型

1 铲斗缸无杆腔进油流量阀阀口节流压力损失

无杆腔进油，流量阀进油口处的节流槽都是U型槽，如图2所示，主阀进油口处的节流槽4个，并且分别有a、b两种不同的几何尺寸，a型节流槽和b型节流槽分别有2个，呈对称布置。

图2 进油口节流槽结构

当阀芯的位移为6mm时，液压油进油口处的节流槽a、b呈现半开状态，其开口状态如简图3所示，压力损失是发生在a、b的两个节流面上。从图3可知，节流槽a的两个节流面分别是A1和A2，其中A1是液压油流过主阀阀芯开口处的横向表面面积，即主阀阀芯在开口时与阀腔内表面相贯而形成的曲面，而A2则是主阀阀口的垂直表面，即节流槽a的竖直截面面积，随着主阀阀芯位置不断的变化，即主阀的开口大小在不断的变化，两节流面的面积A1和A2的大小也在不停的发生变化，节流面上的压力损失也就会跟随着变化。节流槽a和节流槽b的等效过流面积Au可通过串并联效应计算，其等效原理图如图4所示。

图3 阀芯位移6mm时进油口节流槽开口状态

图4 进油口处节流槽等效原理图

流量阀入口处节流槽的等效面积为：

10^-5m²

若泵流量为50L/min，液压油经过节流口处的压力损失为：

同样可计算铲斗缸无杆腔进油有杆腔回油流量阀阀口节流压力损失。

图5 进油节流口处阀芯和阀腔结构位置尺寸图

2 流量阀阀口节流压力损失数值模拟

铲斗缸无杆腔进油流量阀节流口处的阀芯和阀腔的位置尺寸如图5所示，其中油液入口孔径c=10mm，油液的入口孔和出口孔之间的间距b=12mm，压力油出油口的孔径a=13mm，主阀阀芯杆的直径d=18mm，阀芯阀肩的直径D=28mm，阀座处的倒圆角半径e=5mm，阀座两倒圆之间的距离f=3mm，阀座小圆角半径h=5mm，x为主阀进口处阀口的开口度。

设置HM46型液压油，温度30℃，油液的密度和动力黏度分别为896kg/m³和0.062Pa·s。阀芯位移为6mm，死区长度2.5mm，泵输出流量50、100、150、200L/min时，对进油以及回油流体模型进行模拟计算，模拟中所涉及的部分参数见表1、2所示。

表1 节流槽进油参数表

表2 节流槽回油参数表

如图6所示，流量控制阀阀芯6mm，主泵出口流量50L/min，阀进油口处压力云图6（a）和速度云图6（b）。

图6 阀芯位移6mm时主阀大腔进油

图6（a）中，阀体内部的压力分布基本比较均匀，其压力损失主要集中在主阀进油口的节流槽处，其他位置处的压力变化不大。由于阀口节流槽处的节流特性，压力油压力会迅速减小，并且有时还会在节流槽附近的拐角处形成小范围的低压区，这些低压区会产生气穴和气蚀现象；在液压油经过节流槽之后，流过阀内部腔，直到到达出口，此过程中，阀内流道变化比较平稳，压力过渡也比较平稳，基本没有明显的压力损失。从图6（b）也可以看出，压力油在阀进油口处流速变化不大，在出口处的流速也比较平稳，只有在进油口的节流槽处，因为节流槽处的流体过流面积在急剧的收缩，液压油的流速会迅速的增大，之后在阀腔内部流速慢慢减小，并且趋于平稳。根据伯努利方程可以知道这时液压油的压力也在急剧的降低，与压力云图6（a）中的在节流槽处的液压油压力急剧降低的现象相一致。从图6（b）中，还可以看出，在阀座和阀腔连接处的拐角位置存在着部分小的涡流，阀腔内的涡流也会给液压油造成一定的压力损失。当主泵输出流量为50L/min时，液压油在进油口处的压力损失为0.205MPa。

同样可计算泵不同输出流量下的压力损失及回油压力损失。

3 节流槽压力损失结果分析