液压流量控制阀-文档资料

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1、1,节流口的流量特性； 节流阀和调速阀的工作原理、结构、主要性能和应用； 节流调速回路,本节主要内容为 ：,本节重点是节流口的流量特性、节流阀和调速阀的工作原理和性能，节流调速回路。,第五章 液压控制元件,5.4 流量控制阀,2,流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制，进而改变执行机构的运动速度。流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等。,由第二章可知，小孔或缝隙等对液体的流动会产生阻力（即形成压力降或压力损失），通流面积和通流长度不同，其阻力也不同，这种阻力称为液阻。流量阀是利用改变阀口（也称节流口）通流截面积以形成可变液阻

2、，由于液阻对通过的流量起限制作用，因此，节流口可以调节通过流量的大小。,液体在圆管中作层流流动时的沿程损失: p = 32lv/d2,3,对流量控制阀的主要性能要求是： l）阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。 2）油温变化时，流量变化小。 3）流量调节范围大，在小流量时不易堵塞，能得到很小的稳定流量。 4）当阀全开时，通过阀的压力损失要小。 5）阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。,4,对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式:,（7.1）,5.4.1.1 节流口的流量特性,1. 节流口流量公式,式中:,5.4.1 节 流 阀,5,关于薄壁节流口的流量公式，在流体力学中

3、已然推导和证明过，我们只引用其结论即可。令 , =0.5流过薄壁小孔的流量公式变为:,式中: C流量系数； 油液密度。,在流体力学中，我们遇到过两大类节流口。 一类是细长孔， =1。在液压工程中，往往把这类节流口当作固定(不可调)节流器使用。,另一类是薄壁节流口, =0.5。用紊流计算这一类节流口的流量。常常把它们作为节流阀阀口使用。,6,需要说明的是流量系数Cq并不是常数，节流口的结构、形状、压力差、油温都对Cq有影响。精确的Cq值需靠试验确定。一般Cq=0.60.8。 值也受多种因素影响，一般 =0.51。一般薄壁节流口的 为0.5左右。尽管公式包含着一些非确定因素，但它毕竟给我们提供了一

4、个对流量进行概略计算的简明表达式。,上式也可写成,在上式中若 为常数，且 也是常数，调节AT，则可调节通过节流阀的流量q。,7,液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量q稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量时，影响流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。,2. 影响流量稳定性的因素,（1）压差变化对流量稳定性的影响,当节流口前后压差变化时，通过节流口的流量将随之改变，节流口的这种特性可用流量刚度kv来表征。,对,求偏导数,得,8,=0.5,刚度的物理意义如下： 当p有某一增量时，q值相应的也有某一增量，q的增量值越大，说明流量的变化也就越大，刚度就越小。反之，则

5、刚度大。,三种结构形式的节流口中，通过薄壁小孔的流量受到压差改变的影响最小,9,结论： 流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大； 压差一定时，刚度与流量成反比，流量越小，刚度越大； 系数越小，刚度越大。薄壁孔（ 0.5）比细长 （ 1）的流量稳定性受P变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数 ，应尽量避免采用细长孔节流口，应使节流口形式接近于薄壁孔口，以获得较好的流量稳定性。,10,（2）油温变化对流量稳定性的影响,油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，当油温升高使油的粘度降低时，流量q就会增加。所以节流通道长时温度对流量的稳定性影响大。,对于薄壁孔，油的温度对流量的影响是较小的，这是由

6、于流体流过薄刃式节流口时为紊流状态，其流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。,11,节流阀的阻塞现象,一般节流阀，只要保持油足够清洁，不会出现阻塞。有的系统要求缸的运动速度极慢，节流阀的开口只能很小，于是导致阻塞现象的出现。此时，通过节流阀的流量时大时小，甚至断流。,（3）阻塞对流量稳定性的影响,流量小时，流量稳定性与油液的性质和节流口的结构都有关。,12,产生堵塞的主要原因是： 油液中的杂质或因氧化析出的胶质等污物堆积在节流缝隙处； 由于油液老化或受到挤压后产生带电的极化分子，被吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，因而影响了节流缝隙的大小。

7、以上堆积、吸附物增长到一定厚度时，会被液流冲刷掉，随后又重新附在阀口上。这样周而复始，就形成流量的脉动; 阀口压差较大时容易产生堵塞现象。,13,减轻堵塞现象的措施有：, 适当选择节流口前后的压差,用多个节流口串联。一般取P0.20.3MPa。, 精密过滤并定期更换油液。在节流阀前设置单独的精滤装置，为了除去铁屑和磨料，可采用磁性过滤器。, 节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的金属，以减小吸附层的厚度。, 采用大水力半径的薄刃式节流口。一般通流面积越大、节流通道越短、以及水力半径越大时，节流口越不易堵塞。,过水断面积与湿周之比即为水力半径。表达式为：R=A/X，湿周为过水断面上水流所湿润的边

8、界长度。这样计算的话圆管的水力半径就是圆管半径的一半。,14,3. 节流口的形式与特征,(1) 直角凸肩节流口,本结构的特点是过流面积和开口量呈线性结构关系，结构简单，工艺性好。但流量的调节范围较小，小流量时流量不稳定，一般节流阀较少使用。,节流口是流量阀的关键部位，节流口形式及其特性在很大程度上决定着流量控制阀的性能。,15,(2) 针阀式（锥形凸肩）节流口,针阀（锥形）节流口,特点：当针阀阀芯作轴向移动时，即可改变环形节流口的通流面积。优点是结构简单，制造容易。但节流通道较长， 水力半径较小，小流量时易堵塞，温度对流量的影响较大。一般用于要求较低的场合 。,16,(3) 偏心式节流口,图中

9、为偏心槽式结构。阀芯上开有截面为三角形的偏心槽，转动阀芯即可改变通流面积的大小。其节流口的水力直径较针阀式节流口大，因此其防堵性能优于针阀式节流口，其它特点和针阀式节流口基本相同。这种结构形式 阀芯上的径向力不 平衡，旋转时比较 费劲，一般用于压 力较低，对流量稳 定性要求不高的场 合。,17,(4) 轴向三角槽式节流口,沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯作轴向移动时，即可改变开口量h，从而改变过流断面面积。这种节流口结构简单，工艺性好，水力直径中等，可得较小的稳定流量(稳定流量为50ml/min)。 调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均匀分布，径向力平衡，故调节时所需的力也较小。但节流通道

10、有一定长度，油温变化对流量有一定影响。这是一种目前应用很广的节流口形式。,18,周向缝隙式节流口,(5) 周向缝隙式节流口,在阀芯圆周方向上开有一狭缝，旋转阀芯就可改变通流面积的大小。所开狭缝在圆周上的宽度是变化的，尾部宽度逐渐缩小,在小流量时其通流截面是三角形，水力直径较大，因此有较小的稳定流量。节流口是薄壁结构，油温变化对流量影响小。但阀芯所受径向力不平衡。这种节流阀应用于低压小流量系统时，能得到较为满意的性能。,19,(6) 轴向缝隙式节流口,轴向缝隙式节流口,在阀芯衬套上先铣出一个槽，使该处厚度减薄，然后在其上沿轴向开有节流口。当阀芯轴向移动时，就改变了通流面积的大小。开口很小时通流面

11、积为正方形，水力直径大，不易堵塞，油温变化对流量影响小。这种结构的性能与周向隙缝式节流口的相似。,20,5.4.1.2 节流阀,5.4.1.2.1 节流阀,液流从进油口流入经节流口后，从阀的出油口流出。本阀的阀芯3的锥台上开有三角形槽。转动调节手轮1，阀芯3产生轴向位移，节流口的开口量即发生变化。阀芯越上移开口量就越大。,21,流量控制阀的图形符号中的直线线段表示油路，直线线段两侧的峡口形状即表示节流，峡口形状上斜着的箭头表示可调式。,流量控制阀的图形符号,22,当节流阀的进出口压力差为定值时，改变节流口的开口量，即可改变流过节流阀的流量。 节流阀和其它阀，例如单向阀、定差减压阀、溢流阀，可构

12、成组合节流阀。,23,本节流阀具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。转动手轮和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，改变节流面积，即可实现对流量的调节。,24,单向节流阀,5.4.1.2.3单向节流阀,25,5.4.1.2.2单向节流阀,流体正向流动时，与节流阀一样，节流缝隙的大小可通过手柄进行调节；当流体反向流动时，靠油液的压力把阀芯4(即下阀芯)压下，下阀芯起单向阀作用，单向阀打开，可实现流体反向自由流动。,节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。,26,采用上述节流阀存在着的问题：由于负载的变化引起节流阀前、后压差的变化，这导致执行元件的速度也相应的发生变化。为使速度稳定，就要使节

13、流阀前后压差在负载变化情况下保持不变，从而使通过节流阀的流量由节流阀的开口大小来决定。把具有这一作用的阀和节流阀组合在一起，就构成能保持速度不随负载而变化的流量调节阀。常用的有两类：调速阀和溢流节流阀 。 节流阀适用于一般的系统，而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中。,5.4.2 调 速 阀,27,串联减压式调速阀是由定差减压阀1和节流阀2串联而成的组合阀。,5.4.2.1 串联减压式调速阀的工作原理,泵出口,减压阀1进油口,减压阀的出油口（压力为p2,同时也是节流阀的进口油压）,节流口(p）压力变为p3,油缸的左腔（p3），油缸的右腔与油箱相通，所以左腔压力只与活塞杆上

14、负F和活塞的有效工作面积有关。,主油路：,28,减压阀的阀芯底部和中部（油压都为p2）作用面积为A1+A2,油液通过节流阀产生的压差：,pp2p3,当负载F,控制油路：对减压阀,减压阀的阀芯顶部（油压都为p3）作用面积为A，且A=A1+A2,p2,保持pp2p3基本不变,p2,保持pp2p3基本不变,p3,阀阀芯下移，减压阀阀口开度,减压,当负载F,p3,阀阀芯上移，减压阀阀口开度,减压,29,当减压阀芯在弹簧力Fs、液压力p2和p3的作用下处于某一平衡位置时有： p2A1+p2A2=p3A+Fs 式中A、A1和A2分别为上 腔、中部和下腔内压力油作用于阀芯的有效面积，且A=A1+A2。故 p

15、2-p3=p=Fs/AK(X0+X1)/AKX0/A 因为弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀芯位移较小，可认为Fs基本保持不变，故节流阀两端的压差为定值。这就保证了通过节流阀的流量稳定。,列减压阀阀芯的力平衡方程式：,30,31,节流阀芯杆2由热膨胀系数较大的材料制成，当油温升高时，芯杆热膨胀使节流阀口关小，能抵消由于粘性降低使流量增加的影响。,5.4.2.2 温度补偿调速阀（节流阀）,温度补偿调速阀减压阀部分的原理和普通调速阀相同。,32,5.4.2.3 溢流节流阀,33,7.2 调速回路,7.2.1 调速方法概述,液压系统常常需要调节液压缸和液压马达的运动速度，以适应主机的工作循环需要。液

16、压缸和液压马达的速度决定于排量及输入流量。 液压缸的速度为：,液压马达的转速:,式中 q 输入液压缸或液压马达的流量； A 液压缸的有效面积（相当于排量）； VM 液压马达的每转排量。,34,由以上两式可以看出，要控制缸和马达的速度，可以通过改变流入流量来实现，也可以通过改变排量来实现。 对于液压缸来说，通过改变其有效作用面积A（相当于排量）来调速是不现实的，一般只能用改变流量的方法来调速。 对变量马达来说，调速既可以改变流量，也可改变马达排量。,35,目前常用的调速回路主要有以下几种：,(1)节流调速回路 采用定量泵供油，通过改变回路中节流面积的大小来控制流量，以调节其速度。,(2)容积调速回路 通过改变回路中变量泵或变量马达的排量来调节执行元件的运动速度。,(3)容积节流调速回路（联合调速）,下面主要讨论节流调速回路,7.2.2 采用节流阀的节流调速回路,节流调速回路有进油路节流调速，回油节路流调速，旁路节流调速三种基本