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1、流量控制阀及其应用,液压系统在工作时，常需随工作状态的不同以不同的速度工作，而只要控制了流量就控制了速度。无论哪一种流量控制阀，其内部一定有节流阀，因此，节流阀可以说是最基本的流量控制阀。,功用：控制工作液体流量 原理：，改变节流口的通流面积，使液阻发生变化，就可以调节流量的大小,流量控制阀：,液压系统中执行元件运动速度的大小，由输入执行元件的油液流量的大小来确定。流量控制阀是依靠改变阀口通流面积（节流口局部阻力）的大小或通流通道的长短来控制流量的液压阀类。常用的流量控制阀有普通节流阀、压力补偿和温度补偿调速间、溢流节流阀和分流集流阀等, 节流阀：图 为一种普通节流阀的外观图、工作原理图及图形
2、符号。这种节流阀的节流通道呈轴向三角槽式。压力油从进油口 P1流人，经阀芯上的三角槽式节流口后从出油口P2 流出。调节手轮，可通过推杆使阀芯做轴向移动，即可改变节流口通流截面积的大小，以调节通过其流量的多少。阀芯在弹簧的作用下始终贴紧在推杆上，这种节流阀的进、出油口可互换。,图形符号,节流阀：,流量控制阀及其应用,节流阀,节流阀,节流阀,入口、出口压差,常用类型,节流阀,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。,图 单向节
3、流阀,单向节流阀,节流阀,节流阀在定量泵系统中，与溢流阀配合组成节流调速系统，以调节执行元件的运动速度。但由节流阀的流量特性可知，当载荷变化时，节流阀前、后压力差随之发生变化，通过节流阀的流量也就变化。这样，执行元件的运动速度将受到载荷变化的影响所以，它只能用在恒定载荷或对速度稳定性要求不高的场合。,定量泵节流前后的差异 (a)无节流；(b)有节流,调速阀：调速阀能在负载变化的状况下，保持进口、出口压力差恒定。图示调速阀的结构，其动作原理说明如下：,调速阀动作原理说明如下：,压力油Pl进入调速阀后，先经过定差减压阀的阀口x(压力由p1减至p2,然后经过节流阀阀口y流出,出口压力为p3。从图中可
4、以看到,节流阀进出口压力p2、p3经过阀体上的流道被引到定差减压阀阀芯的两端(p3引到阀芯弹簧端,p2 引到阀芯无弹簧端),作用在定差减压阀芯上的力包括液压力、弹簧力。调速阀工作时的静态方程如下:此时只要将弹簧力固定，则在油温无什么变化时，输出流量即可固定。另外，要使阀能在工作区正常动作，进、出口间压力差要在0.5 1MPa以上。以上讲的调速阀是压力补偿调速阀，即不管负载如何变化，通过调速阀内部具有一活塞和弹簧来使主节流口的前后压差保持固定，从而控制通过的流量维持不变。另外还有温度补偿流量调整阀，能在油温变化的情况下，保持通过阀的流量不变。,单向调速阀,调速阀,常用类型,调速阀,节流阀和调速阀
5、特性比较,以上讲的调速阀是压力补偿调速阀，即不管负载如何变化，通过调速阀内部具有的活塞和弹簧来使主节流口的前后压差保持固定，从而控制通过节流阀的流量维持不变。 另外，还有温度补偿流量调速阀，它能在油温变化的情况下，保持通过阀的流量不变。,一 基本的速度控制回路,调速回路的基本原理: 液压马达的转速nM由输入流量和液压马达的排量Vm决定，即nM=q/V m， 液压缸的运动速度v由输入流量和液压缸的有效作用面积A决定，即v=q/A。 可通过改变输入流量q、改变液压马达的排量V m和改变缸的有效作用面积A等方法来调速。由于液压缸的有效面积A是定值，只有改变流量q的大小来调速，而改变输入流量q，可以通
6、过采用流量阀或变量泵来实现，改变液压马达的排量V m，可通过采用变量液压马达来实现，因此，调速回路主要有以下三种方式： 1）节流调速回路：由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行机构的流量来实现调速； 2）容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速； 3）容积节流调速回路：用限压变量泵供油，由流量阀调节进入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。此外还可采用几个定量泵并联，按不同速度需要，启动一个泵或几个泵供油实现分级调速。,节流调速,任何液压系统都有液压泵，不管执行元件的推力和速度如何变化，定量泵的输出流量是固定不变的。速度控制或控制流量只是使流入执行元件的
7、流量小于泵的流量而已，故常将其称为节流调速。,节流调速回路,节流调速回路有进油节流调速、回油节流调速、旁路节流调速等三种方法。 1进油节流调速 进油节流调速就是控制执行元件入口的流量，如图435所示。该回路不能承受负向负载，如有负向负荷(负荷与运动方向同向者)，则速度失去控制。,2.回油节流调速 回油节流调速就是控制执行元件出口的流量，如图436所示。回油节流调速可控制排油的流量；节流阀可提供背压，使液压缸能承受各种负荷。 3旁路节流调速 旁路节流调速是控制不需流入执行元件也不经溢流阀而直接流回油箱的油的流量，从而达到控制流入执行元件油液流量的目的。图437所示为旁路节流调速回路，该回路的特点
8、是液压缸的工作压力基本上等于泵的输出压力，其大小取决于负载，该回路中的溢流阀只有在过载时才被打开。,图进油节流调速回路,节流阀串接在液压缸的进油路上，泵的供油压力由溢流阀调定。调节节流阀开口面积，便可改变进入液压缸的流量，即可调节液压缸的运动速度。泵的多余流量经溢流阀流入油箱,故效率低，适用于负载变化不大、功率小的液压系统中。,节流阀放置在回油路上，用它来控制从液压缸回油腔流出的流量，也就控制了进入液压缸的流量，达到调速的目的。回油路上有较大背压，运动平稳性好，又经节流阀后油液直接回油箱，易散热。广泛用于功率不大、负载变化较大或运动平稳较高的液压系统中。 背压1.通常是指运动流体在密闭容器中沿
9、其路径（譬如管路或风通路）流动时，由于受到障碍物或急转弯道的阻碍而被施加的与运动方向相反的压力.2.通常用于描述系统排出的流体在出口处或二次侧的压力,图回油节流调速回路,图旁路节流调速回路,节流阀安放在与执行元件并联的支路上，用它来调节从支路流回油箱的流量，以控制进入液压缸的流量来达到调速的目的。回路中溢流阀起安全作用，泵的工作压力不是恒定的，它随负载发生变化。该回路只有流量损失，而无压力损失，效率高，一般用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。,上述三种调速方法的不同点如下： (1)进油调速和回油调速会使回路压力升高，造成压力损失；旁路调速则几乎不会。 (2)用旁路调速作速度控制时，无溢流
10、损失，效率最高，控制性能最差，主要用于负载变化很小的正向负载的场合。 (3)用进油调速作速度控制时，效率较旁路调速次之，主要用于负荷变化较大的正向负载的场合。 (4)用回油调速作速度控制时，效率最差，控制性能最佳，主要用于有负向负载的场合。,容积调速回路,容积调速回路是通过改变回路中液压泵或液压马达的排量来实现调速的。其主要优点是功率损失小(没有溢流损失和节流损失)且其工作压力随负载变化，所以效率高、油的温度低，适用于高速、大功率系统。 按油路循环方式不同，容积调速回路有开式回路和闭式回路两种。开式回路中泵从油箱吸油，执行机构的回油直接回到油箱，油箱容积大，油液能得到较充分冷却，但空气和脏物易
11、进入回路。闭式回路中，液压泵将油输出进入执行机构的进油腔，又从执行机构的回油腔吸油。闭式回路结构紧凑，只需很小的补油箱，但冷却条件差。为了补偿工作中油液的泄漏，一般设补油泵，补油泵的流量为主泵流量的10%15%。压力调节为310510105Pa。容积调速回路通常有三种基本形式：变量泵和定量液动机的容积调速回路；定量泵和变量马达的容积调速回路；变量泵和变量马达的容积调速回路。,(1)变量泵和定量马达的容积调速回路,这种调速回路可由变量泵与液压缸或变量泵与定量液压马达组成 图 (a)为变量泵与液压缸所组成的开式容积调速回路；图 (b)为变量泵与定量液压马达组成的闭式容积调速回路。,图 (b)所示为
12、采用变量泵3来调节液压马达5的转速，安全阀4用以防止过载，低压辅助泵1用以补油，其补油压力由低压溢流阀6来调节。 执行机构的速度nm或(Vm)与变量泵的排量VB的关系为： nm=nBVB/Vm或vm=nBVB/A 因马达的排量Vm和缸的有效工作面积A是不变的，当变量泵的转速nB不变，则马达的转速nm(或活塞的运动速度)与变量泵的排量成正比. 液压马达的输出转Tm=Vmp/2 马达的输出转矩Tm理论上是恒定的，与变量泵的VB无关。 变量泵和定量马达所组成的容积调速回路为恒转矩输出，可正反向实现无级调速，调速范围较大。适用于调速范围较大，要求恒扭矩输出的场合，如大型机床的主运动或进给系统中。,(2
13、)定量泵和变量马达容积调速回路,1、2为定量泵和变量马达，3为安全阀，4为低压溢流阀，5为补油泵。此回路是由调节变量马达的排量Vm来实现调速。 液压马达的转速nm为： nm=qB/Vm,式中qB为定量泵的输出流量。可见变量马达的转速nm与其排量Vm成正比，当排量Vm最小时，马达的转速nm最高。 液压马达的输出转矩：Tm=Vm(pB-p0)/2 液压马达的输出功率：Pm=nmTm=qB(pB-p0) 马达的输出转矩Tm与其排量Vm成正比；而马达的输出功率Pm与其排量Vm无关，若进油压力pB与回油压力p0不变时，Pm=C，故此种回路属恒功率调速。,(3)变量泵和变量马达的容积调速回路,回路的工作原
14、理：改变双向泵1的转动方向，可以改变马达2的转动方向 调节变量泵2的排量VB和变量马达10的排量Vm，都可调节马达的转速nm；补油泵1通过单向阀4和5向低压腔补油，其补油压力由溢流阀12来调节；安全阀6和7分别用以防止正反两个方向的高压过载。液控换向阀8和溢流阀9用于改善回路工作性能，当高、低压油路压差(pB-p0)大于一定值时，液动滑阀8处于上位或下位，使低压油路与溢流阀9接通，部分低压热油经8、9流回油箱。因此溢流阀9的调节压力应比溢流阀12的调节压力低些。为合理地利用变量泵和变量马达调速中各自的优点，克服其缺点，在实际应用时，一般采用分段调速的方法。,第一阶段将变量马达的排量Vm调到最大
15、值并使之恒定，然后调节变量泵的排量VB从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速nm便从最小逐渐升高到相应的最大值(变量马达的输出 转矩Tm不变，输出功率Pm逐渐加大)。这一阶段相当于变量泵定量马达的容积调速回路。 第二阶段将已调到最大值的变量泵的排量VB固定不变，然后调节变量马达的排量Vm， 之从最大逐渐调到最小，此时马达的转速nm便进一步逐渐升高到最高值(在此阶段中，马达的输出转矩Tm逐渐减小，而输出功率Pm不变)。这一阶段相当于定量泵变量马达的容积调速回路。,调速特性曲线,该回路调速范围宽，能够满足一般设备在低速时要求输出较大转矩，高速时又希望输出功率能基本不变的要求，故广泛用在机床主运动和各
16、种行走机械、牵引机等大功率机械中。,1差动回路：液压缸差动连接回路。开始工作时液压缸左右两腔的油液压力相同，但是由于左腔(无杆腔)的有效面积大于右腔(有杆腔)的有效面积，故活塞向右运动，同时使右腔中排出的油液也进入左腔，加大了流人左腔的流量，从而也加快了活塞移动的速度。差动连接时液压缸的推力比非差动连接时小，速度比非差动连接时大，这种连接方式可在不增加液压泵流量的情况下提高液压执行元件的运动速度。,二 速度控制回路(快速运动回路),快速运动回路：快速运动回路又称增速回路,其功用在于使液压执行元件在空载时获得所需的高速,以提高系统的工作效率或充分利用功率。实现快速运动的方法不同有多种方案,下面介绍几种常用的快速运动回路。,2利用双泵供油的快速运动回路：,当系统中执行元件空载快速运动时，大流量泵与小流量泵共同向系统供油；当工作进给时，系统压力升高，液控卸荷阀打开，大流量泵卸荷，系统小流量泵供油。溢流阀控制小流量泵的供油压力。,
