液阻的定义及特性解析

从广义上来说，凡是能局部改变液流的流通面积使液流产生压力损失，或在压差一定的情况下，分配调节流量的液压阀口以及类似的结构，如薄壁小孔、短孔、细长孔、缝隙等，都称之为液阻。

从这个广义的概念可以看到，液阻的本质性功能就是两个方面：隔压是其阻力特性（液阻前后的压力可以差别很大），限流是其控制特性（改变液阻的大小可以改变通过的流量）。

人们常将电学中的很多概念和若干规律引入液压技术。例如：现今已广泛在液压技术中得到应用的液压桥路（全桥与半桥），就可引用惠斯登电桥理论进行分析。在这种引用中，应该特别注意电学与液压技术的差别。在电学中，电流I与电压V之间是简单的线性关系，即而在液压技术中，流过液阻的流量q_V与液阻前后的压差Δp之间的关系就比较复杂，其通用表达式为

q_V=KAΔp^m （2-1）

式中 K——系数，与液阻的过流通道形状和液体性质有关；

A——过流断面面积；

m——指数，与液阻结构形式有关，对于细长孔，m=1，对于薄壁孔，

m=0.5，在一般情况下介于两者之间。

因此，压差与流量之间具有非线性关系，如图2-1所示。这是电与液比拟中的主要差别。

有两种不同的液阻：一种是大雷诺数下总是取决于黏度的湍流流动的细长孔液阻；另一种是不取决于黏度的层流流动的节流液阻。

图2-1 流量-压力特性曲线

a）细长孔 b）薄壁孔 c）锥形孔

（1）细长孔 对于式（2-1）中指数m=1所对应的细长孔（l/d≥4）来说，其中起主导作用的压力损失不是局部阻力损失，而是沿程阻力损失。它是由油液黏性摩擦引起的，因此受油温变化的影响较大，一般很少作为液阻应用于液压元件和系统中。细长孔内流动状态为层流，其流量（单位为m³/s）计算公式可表示为

式中 l——孔长（m）；

d——孔径（m）；

μ——液体的动力黏度（Pa·s）；

Δp——压差（Pa）。

（2）控制阀口、薄刃节流孔 为了减小由于油温变化对控制精度带来的影响，提高控制性能，在液压变量泵控制技术中几乎所有的阀口、节流孔都做成薄刃型（l/d≤0.5）。此时的压力损失以局部压力损失为主，几乎不存在沿程阻力损失成分，因而与油液黏度变化无关，即其控制特性不受油温变化的影响。流量（单位为m³/s）公式为

(www.xing528.com)

式中 α——流量系数；

A——阀口通流面积（m²）；

ρ——液体密度（kg/m³）（液压油的ρ=700～900kg/m³）；

Δp——阀口前后压差（Pa）。

对这些不同形式但均为薄刃型的液阻来说，其流量系数与雷诺数之间有相似的关系曲线；在层流区，流量系数α与雷诺数Re相关；在湍流区，α与Re无关，为某一常数。

液阻可以通过手动、液动或者电动的方式来调节。

借鉴电子学对非线性电阻的定义，还可以引出静态液阻R和动态液阻R_d的概念，其定义如下：

静态液阻R是液阻两端压差对流量的比值，它是液阻对稳态流体阻碍作用的一种度量；而动态液阻R_d是液阻两端压差微小增量与流量微小增量的比值，它是液阻对动态流体阻碍作用的一种度量。

静态液阻和动态液阻一般都是压差Δp或流量q_V的函数。由式（2-1）可得，静态液阻值R为

动态液阻R_d为

在式（2-6）和式（2-7）中，若m=1，则R=R_d=1/（KA），即液阻与流量无关，这样的液阻又称为线性液阻；若m＜1，液阻值与液阻两端的压差或流量有关，这样的液阻为非线性液阻。非线性液阻的静态液阻R值和动态液阻R_d值是不同的。例如：常用的薄刃型非线性液阻的指数m=0.5，其压力流量特性为式（2-3）。

静态液阻值R为

动态液阻值R_d为

显然，对于薄刃型非线性液阻来说，其动态液阻值R_d是静态液阻R的2倍。

当研究液阻回路的稳态特性时，如计算分压回路各点的压力值、分析变量泵控制器的稳态特性，使用静态液阻。当研究液阻回路的动态特性时，如分析变量泵控制器液阻对其动态特性的影响，则需要使用动态液阻。