液压滑阀阀芯卡阻现象原因分析

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液压系统以其独特的技术优势在国民经济各领域得到广泛的应用，特别是在冶金、轧钢、行走机械、机床、能源等工业领域。为了让液压系统驱动各液压执行元件 (液压缸、液压马达)完成有效的工艺动作，就需要液压控制阀来控制液压油的压力、流量以及流向。从液压控制阀的结构上来讲，我们经常用到的是滑阀类液压控制阀，其中主要包括，普通液压方向控制阀，比例液压方向控制阀和伺服阀等。该类型阀用于控制液压油的流向或流量，从而控制液压缸和液压马达的动作方向或动作速度。在液压系统运行过程中，如果液压方向控制阀阀芯出现卡阻现象，那么就会使液压缸和液压马达的动作失效，从而影响主机设备的正常运行。

1 液压滑阀阀芯卡阻现象及产生原因液压滑阀阀芯卡阻是指阀芯在阀体 (阀套 )内受到的摩擦阻力大于操纵机构的操纵力，从而使其在阀体 (阀套)内的运动受阻，不能正常工作。

液压滑阀阀芯卡 的产生原因，主要有以下三个方面：1)加工制造精度。阀芯和阀体 (阀套 )的加工、装配精度不高，阀芯的圆柱度、锥度以及表面粗糙度等因素，都容易引起液压滑阀在工作时出现阀芯卡阻现象。

2)外界污染物侵入。液压系统在加工制造以及安装施工阶段，如果不严格检查和防护，那么系统中残留的外界污染物。

3)液压卡阻。液压滑阀阀芯在阀体 (阀套 )内移动时，两者之间的粘性摩擦力是很小的，不影响阀芯的动作。

但是实践证明，阀芯在阀体 (阀套)内从静止到运动的过程收稿日期2013-06-25作者简介张相臣(1981-)，男，汉族，工学学士，现就职于太原通泽重工有限公司液压传动部，主要从事流体传动与控制系统的设计和研究工作。

- 48-中，起动力却往往很大，有时甚至不能移动阀芯，出现卡阻现象，这就是液压卡阻。

2 液压滑阀阀芯卡阻现象理论分析由加工制造精度和外界污染物侵入引起的阀芯卡阻现象可以通过提高加工和装配精度以及在液压系统中设置过滤器等措施来解决。

对于液压卡阻引起的阀芯卡阻现象，有多方面的影响因素，如油液的工作温度、液压系统的工作压力和作用在阀芯上的径向不平衡力等。

当液压系统的压力等级高，或是通过液压滑阀的油液温升快时，阀芯和阀体 (阀套 )将会产生不同程度的热膨胀以及应力变形，使阀芯与阀体 (阀套)的配合间隙减小而产生阀芯卡阻现象。下面将从流体力学的角度出发来重点分析径向不平衡力的产生机理以及由此而引起的阀芯卡阻现象。

假设-液压滑阀的阀芯为小锥度的阀芯，其与阀套组成的同心缝隙是倾斜的，倾斜角为0L，阀芯两端与阀套间的半径间隙分别为6 和6：，如图1所示。

图1有锥度的同心环缝在实际工程中同心环缝的情况较少，而偏心的较多。如果阀芯与阀套之间产生偏心距e(图2)，则阀芯与阀套之间的缝隙h将 0随角和轴向长度 而异：当x0时，hIlI6l-ecosO当 Z时， 62-ecosO在轴向长度范围内(O≤x z)，任意处的缝隙h为：h： xtanet6l-ec0sOxtanct(1)总第s4期代 上 业 价 不u1舌思 1LM odern Industrial Econom y and Inform ationization如图2所示，取 0：o和 0 两个位置来分析，显然对于轴向长度范围内任意-点x来说，00处的h值小于0-，/i-处的h值。由于h值和阀套、阀芯的半径值相比为微小量，因而对于-给定 0角，沿轴向长度方向的 剖面处，可将其看成是倾斜平板的缝隙流动，如图3所示。

目巧V图2有锥度的偏心环缝图3倾 斜平板 间缝 隙流动缝隙h，和.1l 的压强分别为p。和p：，则倾斜缝隙两端的压强差为 P。-p ，由倾斜平板缝隙内的压强分布规律知，缝隙h处的压强为：f -1p：p。-印 (2) f堕1- lJl2由 (2)式可知，00R的压强值小于 0叮r处的压强值。为便于直观地理解 0：0和 0町处的压强沿轴向长度方向 的变化规律，假设给定以下数据，如表l所示，并利用MATLAB语言编程，输出压强p的变化曲线。

-/ - 00 m m 图4渐扩倾斜平板间缝隙流动压力分布曲线表1给定参数表名称 符号 取值轴向长度( ) 0 蔓1，轴向总长 M) ， l5阀芯锥角之半(rad) ./tso同心环缝间隙 呐 适 n5同心环缝间隙《 ) teat偏心距( ) Q1偏心环缝间隙( 呻 -gcog偏心环缝间隙( 帕 岛-eCOSlO 处压强(MPa) A9 5 处压强(MPa) p2压强差(MPa) 印 A-Total of54由图4的压力分布曲线知， 沿轴向长度方向变化时，在 01T处的压强值始终大于00R的压强值，因此阀芯受到-个使偏心距e增大的液压力，该力使阀芯压向阀套壁面而产生卡阻现象。

3 液压卡阻力分析由图2知，对于某-确定的 0角，缝隙h值只随 的变化而改变 ，任-x的微小改变出将使 值改变 ，由(1)式可得 ：dhtanadx (3)在阀芯上取-微小面积rdOdl，该面积上所受的液压力为 prdOdl，其方向垂直于该面，则径向作用于阀芯上的力为： COSCtprdOdlcosaprdOdx(4)综上可知，径向作用于阀芯上0和 0 0之间面上的液压力为：厂：IafIprdOdx(5)将 (2)、 (3)式代人 (5)式，得/tanct I (6)求积分得：。( )㈩令 ； 则有：/ -- 49- ] J 壶l总第54期-， I 上 ]二 r rH I云i-H 、 I1-M odern Industrial Econom y and Inform ationization分析 (8)式，可得到如下结论：(1)如果阀芯和阀套均无锥度，IpAh0，则有：厂： rdOl(pI 4-P2)因r、，、P 及p 均为常数，故 随0角而变，即阀芯上的径向作用力是平衡的，阀芯上作用的总径向力 (液压力 ) 为 ：FjF kFz方向分力 为： 厂c。so譬 。p ： c。s。 0：0方向分力 为： f 厂sino p )J sin0拥0所以，总液压力 0。由此可知，液压滑阀的阀芯和阀套均无锥度时，液压力为零，不产生液压卡阻现象。

(2)如果阀芯或阀套有锥度，但阀芯与阀套同心 (即：(J)，则任意0角时 ： ， ： 均为常数，由(8)式知， .，不随 0角而变，即阀芯上的径向作用力是平衡的。由此可知，如果阀芯和阀套保持同心，那么就不会产生液压卡阻现象。实际上，要求阀芯和阀套保持同心很难实现。

pm0um P硎 e SlopeGap 、 80 、、 / 、 、1 0rt 、 l l 3I 、l 《lm m图5 渐缩倾斜平板间缝隙流动压力分布曲线Total of54(3)如果阀芯或阀套有锥度，而且阀芯和阀套形成的缝隙为渐缩缝隙时，即.iz。< ，，ah

由图5的压力分布曲线知，在艚 沿轴向长度方向变化时，在 00处的压强值始终大于 0盯处的压强值，因此阀芯受到-个使偏心距e减小的液压力，该力使阀芯和阀套趋于同心。由此可得，当液压滑阀的阀芯和阀套所形成的缝隙沿流体流动方向为渐缩缝隙时，不产生液压卡阻现象。

(4)如果阀芯或阀套有锥度，而且阀芯和阀套形成的缝隙为渐扩缝隙时，即 >h ，ah>0，该情形与图3所示相同，由图4的压力分布曲线知，滑阀阀芯受到-个使偏心距e增大的液压力，该力使阀芯压向阀套壁面而产生卡阻现象。由此可得，当液压滑阀的阀芯和阀套所形成的缝隙沿流体流动方向为渐扩缝隙时，将产生液压卡阻现象。

4 结语液压滑阀的液压卡阻现象是客观存在的，通过在圆柱阀芯上开设均压槽，使阀芯上不同压强区相互沟通，使压强分布趋于均匀，可以有效地缓解液压卡阻现象，减小液压卡阻力。实践证明，在阀芯上开设-条均压槽可使液压卡阻力减少到无均压槽的58%，开设三条均压槽可减小至24%。

在工程实际应用中，为保证液压系统正常运行，要合理地确定系统的工作压力，同时必须采取有效措施，保证系统内外环境的清洁，使工作油液的清洁度等级以及工作温度处于合理的范围，以使液压滑阀处于良好的工作状态，尽量杜绝阀芯卡阻现象的发生，保证主机的正常运行。

Analysis 01 Hydraulic Spool Getting--stuck of Hydraulic Spool ValveZHANG Xiang chen(Hydraulic Transmission of Taiyuan Tongze Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030032)AbstractThe hydraulic spool valve is commonly used in hydraulic system.In some cases，the spool is often got stuck，whichdisturb the normal running of the hydraulic system。

Key words]hydraulic spool valve；hydraulic spool getting-stuck；MATLAB- 5O-