水压喷嘴挡板阀口流动特性的试验研究

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在液压技术中，喷嘴挡板式节流形式由于结构简单、加工调整方便 、体积孝运动零件惯性孝无摩擦、驱动力孝灵敏度高，非常适于小信号工作，所以常用作两极伺服阀的前置放大。目前，双喷嘴挡板式已经成为我国两级伺服阀先导级的主要形式。由于喷嘴-挡板式节流形式在油压伺服阀中已经有了非常成熟的应用，在水压伺服阀的设计和研究中，可优先考虑和借鉴喷嘴.挡板这种先导结构。在喷嘴-挡板阀的设计中就必须确定喷嘴挡板间的流量系数。由于水和油的理化性能差异，以油为工作介质时喷嘴挡板阀口的流量系数在以水为工作介质时并不能完全被引用。为了给水压控制元件中喷嘴挡板阀口的设计提供科学依据，专门设计和加工了几种不同几何尺寸的喷嘴和挡板试件，利用相关试验台架对水压喷嘴挡板阀口的流动特性等进行了深入的试验研究。

1 试验台架系统1.1 试验 台架系统原理图1为水液压阀口特性综合试验台架系统原理图。图中件 12即为试验装置，其进 口压力由溢流阀8调节，溢流阀9为安全阀。电磁换向阀 10保持唱状态，保证水压泵 3输出的压力能够到达阀口测试装置12的入口，电磁换向阀 7保持常闭状态，只是在紧急卸荷时才打开。由于本液压系统采用 自来水作为介质，可能清洁度不高，为了保护水压元件，故在水压泵3的入口和出口均采用了过滤器 2和 4。当打开截止阀 1时，启动水压泵，即会有水流通过喷嘴挡板阀口，阀口进出口两端的压力通过压力变送器 11和 13来测得，压力值可以在二次仪表上直接显示。其流量可以通过流量计 14测出，由于喷嘴-挡板阀口的流量比较小，用流量计误差较大，故本试验还采用了量杯 15来测量 。

1.截止阀 2、4.过滤器 3.水压泵 5.蓄能器 6.压力表7、1O.电磁阀 8、9.溢流阀 11、13.压力传感器12.喷嘴挡板阀口测试装置 14.流量计 15.量杯 16.水箱图 1 水压阀口特性综合试验台架系统原理图收稿13期：2012-07-02作者简介：吴正江(1978-)，男，湖北武汉人，工程师，硕士，主要从事船舶液压控制系统研究工作。

2013年第2期 液压与气动 83试验系统的各主要元件的性能如表 1所示。

表 1 试验系统主要组成元件性能参数元件 性能水压泵 3 最大压力 14 MPa，最高转速 10oO r/min水压溢流阀8和 9 最大压力 14 MPa，流量 40 L/min量程分别为0-21 MPa、0～16 MPa， 压力传感器 11和 12精度分别为 0.5%和0.2%流量计 14 1-10 m /h，精度 0.2%压力表6 0-21 MPa，精度 0.5%位移传感器 -5～5 mm，精度0.1%量杯 15 0～1000 mL，最刑度 50 mL秒表 最小显示时间0.Ol s1.2 阀口测试装置喷嘴挡板阀口的测试装置(图 1中之件 12)的内部结构如图 2所示。图 3为喷嘴挡板阀 口局部示意图。

出口图2 喷嘴挡板阀口测试装置图3 喷嘴挡板阀口局部示意图对于喷嘴-挡板阀口的流量系数的计算，本文参照传统薄壁阀口的流量系数公式：- Qq - - A △p可得出阀口的流量系数 C。。其中 △p为被试阀进出口两端的压差，A为阀口的过流面积。试验过程中，通过阀口进出口处的两个压力传感器可获得阀口两端的压差 卸 ；为了获得喷嘴和挡板之间的间隙，可先旋动挡板上端的定位螺母，让喷嘴和挡板完全贴合，同时将位移传感器调零，然后再将挡板垂直往上调，观察位移传感器二次仪表显示，其显示值即为喷嘴和挡板的间隙 。其中阀口过流面积可以通过如下公式求得：A 1Td /4其中，d为喷嘴凶直径。

雷诺数的表达式为： 式中， 为水的运动黏度，10-m /s。

目前油压伺服阀大多采用喷嘴.挡板作为其先导级，由于喷嘴顶部平台的液压力会使挡板受力复杂化，故总是希望喷嘴口是尖锐的。但尖锐的喷嘴口加工起来难度很大，而且过于尖锐的喷嘴容易在外力的作用下产生变形。在本试验中，由于需要利用喷嘴顶部平台来给挡板定位，为了保证试验过程中喷嘴几何尺寸基本不变，本试验中所采用的喷嘴均保留了平台。

2 试验结果及分析2.1 喷嘴-挡板间隙对阀口流动特性的影响在实际应用过程中，喷嘴和挡板之间的间隙 h值是-个比较重要的参数。本节就不同的h值对阀口流量特性的影响进行了试验研究。由于在实际工程应用中，喷嘴凶直径和喷嘴挡板间隙都会设计得很小，喷嘴平台也会设计得比较尖锐。所以在本试验中所取的d值都不超过 1 mm，h值都不超过0.4 mm，D值都不超过3 mm。

图4-8分别为 D1 mm和 D3 mm在不同d值情况下，改变喷嘴和挡板间隙 h值所得到的阀口流量压力曲线。由这些曲线可以看出，无论喷嘴平台尺寸 D值是否改变，当d0.4 mm时，阀口压力流量特性的变化几乎和喷嘴和挡板 的间隙 h值无关；当d0.55 mm时，在间隙从 0.1 mm增大到0.2 mm时，流量明显增大；但当间隙从0.2 mm增大到0.4 mm时候，流量几乎不发生改变。当d1 mm时，随着间隙从0.08 mm递增到 0.2 mm时，流量显著增大。由此可见，喷嘴凶越大，其流量系数受喷嘴挡板间隙的影响也越厉害。由于在工程应用中，通常需要改变喷嘴挡板的间隙来调节其液阻，故在满足节流特性的前提下，可适当增大喷孔直径。

液压与气动 2013年第2期0.8嚣毒图5 d0.55 toni，D1 1111时三种间隙的阀口流量压力曲线。震o0-1.15o。0图6 d0.4 lnln，D3 1111时三种间隙的阀口流量压力曲线图7 d0.55 aim。D3 ilin时三种间隙的阀口流量压力曲线3.5.璺 2.5口；O O 5a10 15图 B d1 nlln。D3 mil时三种间隙的阀口流量压力曲线2.2 喷嘴凶直径对阀口流动特性的影响本文还对喷嘴凶直径对阀口流量特性的影响做了些研究，图9～11分别为不同的喷嘴挡板间隙条件下阀口的流量系数和压差的关系曲线∩以看出，在不同的喷嘴挡板间隙、不同的喷嘴平台直径以及不同的喷孔直径情况下，阀口在不同的压差情况下，流量系数总体比较平稳。当D1 mm时候，喷嘴凶直径越小，阀口流量系数越大；当D3 mm，喷嘴小孑L直径和阀口流量系数已经不存在严格的单调关系了，即喷嘴凶直径越大，并不意味着流量系数越大或者越校这是因为，当喷嘴平台直径比较小的时候，喷嘴凶对阀口流量的影响比较小，流量系数主要撒于阀口过流面积，即凶直径；但是当喷嘴平台直径比较大的时候，液流自喷嘴流出后，与喷嘴前端的环形壁面重新粘附，喷嘴凶直径越大，阀口的流量也明显的变大，但与此同时，阀口过流面积也会随着喷嘴凶直径的增大而增大，这使得流量系数产生减小的趋势，两者综合起来决定流量系数的大小，所以就产生了孔径增大但是流量压力系数也增大的现象。

图9 hO.1 nlll时的流量系数和压差的关系曲线图图10 h0.2 lnln时的流量系数和压差的关系曲线图-.-c卢U.55 上Jl -口u.)) 上，。

- 1/9-3 嗣：昌嗣≈越。 H图 11 hO.4 lnll时的流量系数和压差的关系曲线图由此可见，单独讨论喷嘴凶直径对阀口流量系数的影响没有太大的应用价值，必须结合喷嘴平台的直径来分析。

2.3 喷嘴平台直径对阀口流动特性的影响喷嘴的平台直径是喷嘴的-个非常重要的参数。

为了研究其对阀口流量特性的影响，本文分别对喷嘴平台直径分别为1 mm和3 mm，与不同直径的喷嘴小孔配合情况下压力流量特性进行了研究。

由图9～l1可以看出，当d0.4 mm的时候，阀2013年第2期 液压与气动 85圆盘剪把持器液压系统改造黄 宁 ，张永刚 ，李 强Rennovation of Triming Shear Compaction Hydraulic SystemHUANG Ning ，ZHANG Yong-gang ，LI Qiang。

(1.北京首钢冷轧卞有限公司，北京 101304；2.北京首钢迁钢公司 深加工部 ，北京 101304)摘 要：该文分析了圆盘剪把持器液压系统油温高的原因，拟定了从根源上抑制系统发热的改造方案。

通过增加蓄能器和改造原电气控制系统，使液压泵间歇性地工作，同时避免了剪切过程中的压力溢流，从而彻底解决了油温高的问题，取得了良好的经济效益。

关键词：圆盘剪；把持器液压系统；油温高；改造中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)02-0085-04引言在中厚板生产工艺中，热轧钢板通过精整区域经过圆盘剪切边、切头剪和定尺剪定尺之后，才能够成为最终满足用户订单的产品。把持器液压系统作为圆盘剪装置切边的辅助设备，对钢板切边质量产生直接的影响。其作用是在圆盘剪剪切边过程中，通过液压系统驱动柱塞缸下降压紧钢板表面，防止钢板在剪切过程中滑动导致边部剪切质量不好。

在钢板进入圆盘剪进行剪切之前，把持器柱塞缸柱塞下降压紧钢板，做好切边前的准备-始剪切后，整个液压系统小车装置跟随钢板同步向前运动，将钢板送入圆盘剪，剪切过程中柱塞缸始终保持压紧状态，避免剪切过程中产生的振动和窜动导致边部切边不齐。当剪切完成后柱塞上升松开钢板，把持器液压系统小车装置在牵引装置的作用下退回初始位置，进入下-个工作循环。

1 原系统存在的主要问题及其分析由于该液压系统为行走液压站，来回行程大约为收稿 日期 ：2012-08-06作者简介 ：黄宁(1983-)，男 ，宁夏固原人，工程师，本科，主要从事流体传动及控制方面的维护工作。

口流量系数在喷嘴比较尖锐(即 值比较小)的情况下明显大于喷嘴比较平坦(即D值比较大)的时候。

但是当d0.55 mm的时候，前者的流量系数值反而稍微小于后者。当喷嘴挡板间隙 h0.2 nlm和 h：0.4 mm时(分别如图 10和图 iI)，在 d0.55 mm的情况下，尖锐喷嘴和平坦喷嘴的阀口流量系数值非常接近。

在实际应用中，为了充分发挥喷嘴挡板的节流效果，通常会将喷嘴和挡板之间的距离设置为足够小，甚至会在 0.1 mm以内，这样在小喷嘴直径的情况下，就可以获得比较高的流量系数。为了获得较大的流量系数，-般也会采用平台直径比较小的喷嘴。

3 结论由试验结果分析可知，喷嘴.挡板阀口的流量系数与喷孔直径、喷嘴平台直径、喷嘴挡板间隙三个因素密切相关。在喷嘴平台直径比较小的情况下，喷孔直径越小，流量系数越大；喷孔直径越小，流量系数越不容易受到喷嘴挡板间隙变化的影响，但同时受到喷嘴平台直径的影响也就越大；适当增大喷孔直径，有利于提高流量系数相对喷嘴挡板间隙的敏感度。