简单节流孔在液压系统中的应用

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简单节流孔在液压系统中的应用
摘要:液压回路实际应用时经常使用节流孔公式来定义通过节流孔的流量与
压差的关系,但在特殊情况下,节流孔公式并不适用,需要工程人员在设计中特
别注意。本文以摊铺机液压系统为例介绍了节流孔在摊铺机液压系统中的使用情
况与特点。

关键词:节流孔;摊铺机;液压系统
前言
在液压控制回路中,为了调节或限制执行机构的流量或压力,节流接头或节
流片等“简单节流孔”是广泛使用的元件。

根据伯努利方程推导出的通用节流公式,通过节流孔的流量与节流孔的面积
和上下游的压差的平方根成正比,具体公式如下:

其中:
Q:经过节流孔的流量
A:节流面积
Cd:流量系数
:油液密度
:节流孔两端压差
从上述公式可以看出,当节流孔固定不变时,可以通过调节节流孔上下游压
差来取得需要的流量;当节流孔上下

游压差保持不变时,可以通过改变节流孔的开度大小获得需要的流量。
实际应用时,经常使用流量系数 来校正理论与实际的流量偏差,在大多数
情况下,我们认为流体呈紊流状态, 恒定约等于0.62,但当节流孔进口形状为
圆形或锥形,该系数可以达到1.0。

同时,从上述公式可以看出,随着节流孔前后压差的提高,系统流量会相应
增大,但实际情况并非如此。根据伯努利方程,系统总压力由静态压力和动态压
力两部分组成,由于与孔壁相连的油液速度为零,因此,孔壁处的静态压力等于
系统总压;而在流体中心处,液体动态压力最大,因此,此处的静态压力等于系
统总压
减去动态压力。当静态压力下降,混合在液体中的气泡开始释放,流体变得
过饱和。极端情况下,当压力降到蒸汽压力时,原来溶解在油液中的空气和已经
汽化的流体将会充满整个流道,此时,“通用节流公式”不再适用,即随着节流孔
前后压差的升高,通过节流孔的流量将不会进一步上升,出现“窒息”效应。工程
人员在实际使用节流小孔时要特别考虑该点。

1.节流孔在摊铺机液压系统中的应用
摊铺机是一种全液压驱动的筑路设备,包括主机和熨平板,由行走驱动系统、
分料系统、输料系统、振捣、发电系统、振动系统、辅助系统等组成,其中辅助
系统又分为熨平板升降、找平升降、料斗开合等。下面结合摊铺机液压系统介绍
节流孔(节流接头)在其中的应用。

1.1节流孔在熨平板升降油缸中的应用:摊铺机施工过程中需要将熨平板提
升或者下降,该动作主要通过熨平板升降油缸来完成。为了控制熨平板升降速度,
一般来说可以通过使用单向节流阀来实现,其特点是提升速度较快,下降速度可
根据需要进行调节,但是单向节流阀价格通常较高,因此,在产品设计中通常采
用在熨平板升降油缸腔上增加 1.2mm的节流接头来实现熨平板升降速度调节,
既可满足系统要求又可降低成本。

1.2节流孔在马达壳体上的使用:在闭式液压系统中,马达壳体泄油处在整
个液压系统中温度最高,为了使热平衡满足系统要求,在产品设计中一般在马达
上集成

冲洗阀或外加冲洗阀以降低系统温度,但小排量马达自身不能集成冲洗阀,
且冲洗阀价格较贵。为降低马达的温度,我们在马达泄油口安装 1.2mm的节流
接头,将闭式系统补油泵压力油引过来对马达壳体进行强制冲洗来达到相应的热
平衡,使用 1.2mm的目的是保证系统补油压力不至于过低影响系统正常工作,
同时也可保证有足够的冲洗量来降低系统温度,节流孔的尺寸可根据实际情况进
行调整。

1.3节流孔在找平系统中的应用:摊铺机通过找平油缸的上升与下降来控制
大臂的升降动作及熨平板仰角,进而控制摊铺路面的厚度,但由于制造误差或元
器件差异,升降过程中经常出现找平油缸的抖动问题。后来,通过在找平系统的
回油管路上增加一个 1.2mm的节流接头,增加系统背压,提高系统刚性,很好
的解决了系统抖动的问题。

1.4节流孔在轮胎摊铺机中的应用:由于轮胎与地面接触面积小,容易出现
打滑,导致其驱动能力降低。在轮胎摊铺机一般都会配置前轮驱动辅助系统,由
于空间有限,选用的是低速大扭矩马达。

在正常摊铺中,前驱马达处于驱动状态,柱塞与马达壳体相接触,增加摊铺
机整体驱动力;当摊铺机处于转场高速行驶状态时,柱塞在壳体泄油压力作用下,
使柱塞压回缸体与壳体不相接触,设计要求马达壳体压力必须达到1.5bar以上,
同时该马达壳体温度不能超过90度。通常设计中,在马达壳体泄油管道上装有
背压为1.5bar的单向阀,但在实际应用中,由于马达处于自由轮工况时,前轮驱
动系统压力较低,马达泄油量减少,壳体压力将会降低,会出现马达柱塞与壳体
相磕碰,出现“铛铛”的柱塞敲击壳体的声音,同时马达壳体温度会上升很快,超
过马达允许温升范围。

在实际应用中,通过在马达壳体泄油口增加 1.0mm的节流接头,将闭式系
统补油泵的油引过来,对马达壳体进行强制冲洗,其作用有二:第一,通过强制
冲洗来降低壳体温度;第二,保证壳体中有足够的液压油,使壳体压力达到1.5bar
以上,使马达在自由轮工况下系统也能正常工作。在实际应用中该方法取得了较
好的效果。

2.结论
本文主要对“通用节流孔公式”相关参数和特殊情况进行了讨论,并以摊铺机
为例,结合工程中的实际问题介绍了节流孔在摊铺机各系统中的具体应用及其起
到的速度调节、振动抑制、降低温升等作用,为节流孔在其他工程机械液压系统
中的应用提供了参考。

参考文献:
[1]液压传动与气动传动[M].武汉:华中科技大学出版社,2008年4月
[2]于槐三,摊铺机液压系统设计.[J]路面机械与施工技术,2005,22(4):
29-33.

卢丽(1984-),女,河南信阳人,主要从事液压系统的研究、应用和专利审
查。