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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1流量控制阀简称流量阀，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。液阻对通过的流量起限制作用。流量控制阀的阀口（也称为节流口）类似于小孔或缝隙，会对流过节流口的液体产生阻力，并且这个阻力是可变的，同时流过节流口的流量大小符合孔口 流量通式q=CA
2、Tp。因此，调节流量控制阀节流口的大小，进而就可以调节通过其阀口流量的大小。经过小孔或缝隙等的总的压力损为： p 沿程 p 局部= 32lv/d2 v2/2 =(A1/A2-1)或=(1-A2/A1)(管径突然扩大时) 流过小孔的流量: q=CATp沿程损失:流体在管道中流动时，由于流体与管壁之间有粘附作用，以及流体质点与流体质点之间存在着内 摩擦力等，沿流程阻碍着流体的运动，这种阻力称 为沿程阻力。为克服沿程阻力而损耗的机械能称为 沿程损失。2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
3、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。 3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:阀口通流面积；阀口前、后压差；由节流口形状和结构决 定的指数，0.5 l ；节流系数。qp 图7.1 节流口的 流量-压力特性细长孔=1簿壁口 =0.55.4.1 节 流 阀4关于薄壁节流口的流量公式，在流体力学中已然推导 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
4、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。qp 细长孔=1簿壁口 =0.5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。5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。6液压系统在工
5、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7=0.5qp细长孔=1123p1p2123簿壁孔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8结论： 流量刚度与节流口压差成正比
6、，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。 9（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
7、越好。 细长 孔流 量公 式10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。11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。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
8、大时容易产生堵塞现象。12减轻堵塞现象的措施有： 适当选择节流口前后的压差适当选择节流口前后的压差, ,用多个节流口串用多个节流口串 联联。一般取P0.20.3MPa。 精密过滤并定期更换油液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节流口零件的材料应尽量选用电位差较小的 金属金属，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
9、水断面上水流所湿润的边界长 度。这样计算的话圆管的水力半径 就是圆管半径的一半。 133. 节流口的形式与特征(1) 直角凸肩节流口hB；B 阀体沉割槽的宽度。直角凸肩节流口DB Bh h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。 14(2) 针阀式（锥形凸肩）节流口针阀（锥形）节流口Dh( a )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
10、易堵塞，温度对流量的影响较大。一般用于要求较低的 场合 。15(3) 偏心式节流口图中为偏心槽式结构。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。16(4) 轴向三角槽式节流口lDh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5
11、0ml/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。17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。18(6) 轴向缝隙式节流口轴向缝隙式节流口在阀芯衬套(
12、或套筒）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。195.4.1.2 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。阀芯调节 手轮螺帽阀体(a)20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
13、头表示可调式。流量控制阀的图形符号阀芯调节 手轮螺帽阀体(a)21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 成组合节流阀。22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。 23单向节流阀5.4.1.2.3单向节流阀245.4.1.2.2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，
14、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。25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26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.
15、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 只与活塞杆上负F和活塞的有 效工作面积有关。主油路：F27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+A2p2 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Fp3 阀阀芯上移，减压阀阀口开度 减压F改变调速阀的阀口通流面积AT（节流 口）的大小就可以改变通过调速阀阀口的 流量大小，且当调速阀的阀口通流面积AT 调定后，由于负载变化时，通过调速阀的 前后压差保持不变，所以执行元件的运动 速度也保持不变。28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p2-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
