稳态特性及测试方法探究

1.名义流量与控制流量

平衡阀的名义流量（norminal flow）指的是在一定压差下能通过单向功能的流量，取决于阀的几何尺寸。

但是，平衡阀在液控节流时，需要通过的控制流量可能非常小。由于这时阀芯处在一个动态平衡位置，负载压力，特别是控制压力的波动，会引起开口的波动，从而引起流量的波动，导致系统不稳定。在相对低速，即小流量时，开口较小，相对波动就会更大。

为了应对这种情况，SUN及其他公司设计了许多带不同节流特性，实际上是不同通流面积梯度的平衡阀。因为，在同样通流面积的前提下，通流面积梯度小，开口就大。这样，在绝对开口波动量相同时，相对开口波动量就小，流量波动就因此较小。

图5-15为SUN公司几个同样外形尺寸的平衡阀的控制压力-流量特性曲线的对照。其名义流量相同，控制比均为3，设定压力均为28MPa，负载压力为7MPa。CBEA为标准型，CBDC为半节流型，CBDA为节流型（参见表5-1）。

图中的曲线越陡，意味着Δq_V/Δp_c越小，即流量对控制压力的变化不那么敏感，工作速度就相对稳定些。从曲线对比可以看出，在控制流量小于约25L/min时，节流型CBDA比其他类型稳定。

图5-15 不同节流特性的阀的控制压力-流量曲线（SUN）

因此，在选用平衡阀时，既要根据通过单向功能的流量确定所需的名义流量，也要兼顾实际控制流量的需要。控制流量不大但压力波动大的系统，如有可能的话，选用（半）节流型，控制效果会稳定些。

2.稳态特性测试

对平衡阀的測试即无国际标准，也未见国标、部标。可以分别对其单向功能、溢流功能和液控节流功能进行測试。

单向功能的測试比较简单，只需測其压差流量特性及泄漏量即可。溢流功能的測试可见2.1.3和2.1.4节。这里仅介绍对液控节流功能的測试。

液控节流功能可从控制压力-流量特性和负载压力-流量特性分别考察。

3.控制压力-流量特性测试

做控制压力-流量特性測试时，相对某一固定的负载压力改变控制压力。

（1）測试回路 測试回路可参照图5-16搭建。图中：

1—液压源。

1a为主液压源，输出流量应超过被測阀的工作流量。

1b为建立控制压力用，毋须很高流量，一般几升/分即够。

图5-16 平衡阀控制压力-流量特性測试回路

2—溢流阀。

2a为系统溢流阀，仅作安全保护用。设定值不应高于被測阀的许用溢流压力。

2b为辅助系统溢流阀，仅作安全保护用，设定值高于被測平衡阀的最高控制压力即可。

2c为调压溢流阀，用于模拟负载压力。调压偏差要小，以减少对測试结果的影响。

3—压力表，监控用。

4—温度计。

5b—压力传感器。測控制压力用。

6—被測阀。

7—流量传感器。

8—节流阀。建立控制压力用。采用节流阀建立控制压力比用溢流阀要稳定，因为减少了可能引起振荡的环节。

9—X-Y记录仪，或计算机数据采集记录显示系统。

（2）准备阶段 測试结果是某一设定压力时不同负载压力的特性曲线族，参见图5-17。一般每张图，不宜超过4条曲线。所以要预先计划一下測哪些工作点。

连接X-Y记录仪：流量q_V7作为X轴，控制压力p_5b作为Y轴。

使油温达到预定值。

（3）測试过程

1）被測阀6调到计划的设定压力p_s。

2）节流阀8和溢流阀2c全开。

3）开泵。逐渐关闭溢流阀2c，使p_3a上升到某一计划的负载压力p₁＜p_s。此时平衡阀尚未开启，流量传感器显示q_V7为零。

4）开始记录。缓慢关闭节流阀8，以升高控制压力。至某一点（p_c=（p_s-p₁）/K_c），平衡阀开启后，流量q_V7开始逐渐增大，直到最高控制压力。

再缓慢开启节流阀8至最大，流量逐渐回复到零。停止记录。

所记录的压力p_5b相对流量q_V7的变化即为在负载压力p₁时的控制压力-流量特性曲线。

5）调节溢流阀2c，使p_3a上升至一新的负载压力，重复步骤4）。

如此重复，直至许用负载压力。此即为在该设定压力时，不同负载压力的控制压力-流量特性曲线族。(www.xing528.com)

6）更换记录纸。被測阀6调到新的设定压力，重复步骤2）～5）。直至许用设定压力。

整个測试过程中要保持油温相对固定。

典型測试曲线可参见图5-17。

图5-17 一组实測的控制压力-流量特性曲线族

如果流量随控制压力增加而增加，运动速度就比较容易控制。所以应该尽可能地工作在区域A，避开区域B。

4.负载压力-流量特性测试

做负载压力-流量特性測试时，相对某一固定的控制压力，改变流量，观察负载压力的变化。

（1）測试回路測试回路可参照图5-18搭建。图中：

1—液压源。

1a为主液压源，流量可调，调节范围应超过被測阀的工作流量。

图5-18 平衡阀负载压力-流量特性測试回路

1b为建立控制压力用，流量毋须很高，一般几升/分即够。

2—溢流阀。

2a为系统溢流阀，仅作安全保护用。设定值不应高于被测平衡阀的许用溢流压力。

2b为辅助系统溢流阀，仅作安全保护用，设定值高于被测平衡阀的最高控制压力即可。

3—压力表，监控用。

4—温度计。

5a—压力传感器，测负载压力用。

6—被测阀。

7—流量传感器。

8—节流阀。建立控制压力用。采用节流阀建立控制压力比用溢流阀要稳定，因为减少了可能引起振荡的环节。

9—X-Y记录仪，或计算机数据采集记录显示系统，用以记录稳态特性用。

（2）准备阶段 测试结果是某一设定压力下不同控制压力的特性曲线族，参见图5-19。一般每张图，不宜超过4条曲线。所以要预先计划一下测哪些工作点。

连接X-Y记录仪：流量q_V7作为X轴，负载压力p_5a作为Y轴。

使油温达到预定值。

（3）测试过程

1）被测阀6调到计划的设定压力p_s。

2）节流阀8全开。

3）开泵1b。逐渐关闭节流阀8，使p_3b上升到某一计划的控制压力p_c。

4）开始记录。开泵1a，缓慢增加输出流量，直到最高测试流量。

再缓慢降低泵1a的输出流量到零。停止记录。

所记录的压力p_5a及流量q_V7即为在控制压力p_c时的负载压力-流量特性曲线。

5）关小节流阀8，使p_3b上升至一新的控制压力，重复步骤4）。此时，为开启平衡阀的节流通道所需的负载压力比先前要低一些。

如此重复，直至最高控制压力。此即为在该设定压力时，不同控制压力时的负载压力-流量特性曲线族。

6）更换记录纸。被测阀6调到新的设定压力，重复步骤2）～5）。直至最高设定压力。

整个测试过程中要保持油温相对固定。

典型测试曲线见图5-19。在控制压力较小时，近似溢流阀；在控制压力较大时，开口完全开启，所以近似节流阀。

图5-19 某平衡阀在不同控制压力下实測的负载压力-流量特性曲线族

必须指出，这两个測量与实际应用还有一定的距离。因为，在实际应用中，控制压力与负载压力会且必须同步反向变化，以保持流量近似不变。

但是，应用同一測试系统对不同厂家不同类型的阀进行測试，就可以比较出它们的适用性。