液壓閥氣穴現(xiàn)象分析

隨著液壓技術(shù)向著高速、高壓、大功率方向的發(fā)展，液壓系統(tǒng)的噪聲也日趨嚴重，并且成為妨礙液壓技術(shù)進一步發(fā)展的因素，而液壓閥的氣穴是液壓系統(tǒng)噪聲的主要因素之一，因此研究和分析液壓閥的氣穴現(xiàn)象，認識液壓閥中產(chǎn)生氣穴的狀況和氣穴產(chǎn)生的界限、氣穴與閥口形狀的關(guān)系等對減少和降低液壓系統(tǒng)的振動和噪聲，改善液壓系統(tǒng)的性能有著積極而深遠的意義。因此，本文就各種閥口形式發(fā)生氣穴的狀況進行了分析研究。

1、閥口的形式

液壓閥用來調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中液流的壓力、流量和運動方向均為依靠調(diào)節(jié)其液壓閥口的通流面積來實現(xiàn)的。液流通過閥口時，其速度、方向發(fā)生變化，使閥口處的壓力降低到一定值時，就會在該處產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。液壓閥口形式各種各樣，但就其基本形式不外乎為三種，如圖1所示，而不同的閥口形式，氣穴產(chǎn)生的狀況不同，氣穴產(chǎn)生的界限也不同。

圖1(a)為薄壁孔式閥口，其孔長l與孔直徑d之比小于0.5，即l/d<0.5，氣穴是產(chǎn)生在孔口下游射流收縮的表面上。對圖1(b)所示厚壁孔式閥口(l/d>1)，開始是在下游側(cè)射流表面上產(chǎn)生一些氣穴，其后在節(jié)流孔收縮部位幾乎全部產(chǎn)生氣穴。而在圖1(c)所示的短孔式閥口(0.5<l/d<1)氣穴產(chǎn)生的情況與細長厚壁孔閥口類似。

2、氣穴對閥口流量和噪聲的影響

把各種閥口上游壓力p1固定，讓下游壓力p2變化，使其閥口兩端壓差Δp=p1-P2變化，壓差Δp變化對閥口的流量Q和噪聲N的變化

首先，當(dāng)液流通過閥口時，隨著閥口兩端壓差的增大，氣穴產(chǎn)生。其次，對薄壁孔式閥口隨氣穴的產(chǎn)生噪聲增大，但卻對流量特性沒有影響。而對厚壁形閥口隨氣穴的產(chǎn)生，噪聲增大，而流量卻不再增加(即閥口流量處于閉鎖狀態(tài))。在發(fā)生氣穴時，閥口收縮斷面處的壓力近似為零，與下游壓力p2無關(guān)。對短孔閥口，最初氣穴的產(chǎn)生對流量無影響，但隨閥口處產(chǎn)生氣穴，壓力急驟下降，當(dāng)降到接近零壓時，流量也近似閉鎖狀態(tài)。

3、閥口氣穴的分析

液流通過閥口時，表證氣穴發(fā)生傾向的系數(shù)--氣穴系數(shù)K被定義為下游壓力P2與上、下游壓力差Δp=p1-P2之比值

各種l/d閥口的流量系數(shù)與K值的關(guān)系，由此可知，閥口的Cq0是相對一定的，在長孔閥口中，產(chǎn)生氣穴后，從(4)式可知，隨K值的減小，Cq一直在減小。而在短孔閥口中，雖然發(fā)生氣穴前的流量系數(shù)與C相近似，但隨著氣穴的產(chǎn)生而流量系數(shù)不連續(xù)地增加，直至近似于長孔閥口的流量。

當(dāng)閥口的l/d變化時，求出氣穴產(chǎn)生的氣穴系數(shù)K的值Kc--臨界氣穴系數(shù)。如圖4。由圖可知，隨l/d增大，Kc值達到最大。如l/d再增大時，Kc值變小?？梢?，l/d=0.5~2.0之間最不易產(chǎn)生氣穴。

由以上分析知，為了避免或盡量減少氣穴產(chǎn)生的可能性，液壓閥閥口最好采用短孔式和厚壁孔式閥口，而在厚壁孔式閥口中，因在閥口收縮斷面處會產(chǎn)生氣穴，所以其閥口的形狀對氣穴有很大影響。如果把閥口的閥座入口做成具有圓角，因液流不收縮，在此處的壓力不下降，就不會在閥口處產(chǎn)生氣穴，而氣穴產(chǎn)生在下游射流表面處，此處K值很大。另外在使用閥時，一定要注意不要讓閥兩端的壓差值太大，否則容易產(chǎn)生氣穴。

注：本文由機哥整理自《液壓氣動與密封》2000年第3期 ，作者喬中華、王海拴等