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1、课题四 流量控制元件及其应用,流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀。 普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。,节流阀,调速阀,速度调节是液压系统中的核心部分，它的工作性能的优劣将直接影响整个系统的性能。流量控制元件（即节流阀、调速阀）主要应用于速度控制回路，其中包括调速回路、快速运动回路和速度换接回路等。,流量控制原理,流经薄壁小孔的流量 q = cdA(2p/)1/2 流经细长孔的流量 q =(d 4/128l )p 综合两式得通用节流方程 q = KLAp m 节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积A 的倒数称
2、为液阻，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积即改变液阻就可改变流量。,节流阀（动画）,结构原理 主要零件有阀芯、阀体和螺母。阀体上开有进油口和出油口。阀芯一端开有三角尖槽，另一端加工有螺纹，旋转阀芯即可轴向移动改变阀口过流面积。为平衡液压径向力，三角槽须对称布置。,流量特性方程 q = KLAp m 它反映了流经节流阀的流量q与阀前后压力差p 和开口面积A 之间的关系。 刚性 外负载波动引起阀前后压力差p 变化，即使阀的开口面积A 不变，也会导致流经阀的流量q 不稳定。 最小稳定流量 节流阀在很小开口下工作时，流经阀的流量会出现周期性脉动，甚至间歇式断
3、流，这种现象称为节流阀的堵塞现象。为此对节流阀有一个能正常工作的最小流量的限制。,节流阀的应用,当节流阀前后p 一定时，改变A 可改变流经阀的流量起节流调速作用，如阀3。 当q 一定时，改变A 可改变阀前后压力差p起负载阻尼作用，如阀1。 当q0 时，安装节流元件可延缓压力突变的影响起压力缓冲作用，如阀2。,典型结构-普通节流阀,调速阀,结构原理 调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。 压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本
4、不变。,调速阀工作原理动画 调速阀可以是定差减压阀在前，节流阀在后，也可以是节流阀在前，定差减压阀在后。,典型结构-普通调速阀,调速阀,调速阀工作原理动画 调速阀可以是定差减压阀在前，节流阀在后，也可以是节流阀在前，定差减压阀在后。,调速阀,应用场合调速阀的优点是流量稳定性好，缺点是压力损失较大。常用于负载变化大而对速度控制精度又要求较高的节流调速和容积节流调速回路中 。 注意事项调速阀（不带单向阀）通常不能反向使用，否则，定差减压阀将不起压力补偿器作用。为了保证调速阀正常工作，应注意调速阀工作压差应大于阀的最小压差pmin。高压调速阀的最小压差pmin一般为10bar，而中低压调速阀的最小压
5、差pmin一般为0.5bar。,轴向柱塞泵,柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高、流量调节方便等优点。,轴向柱塞泵工作原理,图4-11 SCY14-1型手动变量柱塞泵 1中间泵体 2圆柱滚子轴承 3滑靴 4柱塞 5缸体 6销 7配油盘 8前泵体 9传动轴 10定心弹簧 11内套 12外套 13钢球 14回程盘 15手轮 16螺母 17螺杆 18变量活塞 19键 20斜盘 21刻度盘 22销轴 23变量壳体,典型结构-轴向柱塞崩,图4-9 滑靴的静压支承结构,轴向柱塞泵典型结构,速度控制回路,速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和变换的问题。 1、调速回路 调节执行元件运动速度的回路。 定量泵
6、供油系统的节流调速回路 变量泵（变量马达）的容积调速回路 容积节流调速回路 2、快速回路 使执行元件快速运动的回路。 3、速度换接回路 变换执行元件运动速度的回路。,调速回路,液压缸的速度 v =q /A 对于定量泵供油系统，可以用流量控制阀来调速节流调速回路；按流量控制阀安放位置的不同分：进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路 同时调节泵和流量控制阀的流量来调速容积节流调速回路。 限压式变量泵和调速阀的调速回路,定量泵节流调速回路,回路组成：定量泵，流量控制阀（节流阀、调速阀等），溢流阀，执行元件。其中流量控制阀起流量调节作用，溢流阀起压力补偿或安全作用。 按流量控制阀安放位置的不
7、同分： 进油节流调速回路 将流量控制阀串联在液压泵与液 压缸之间。 回油节流调速回路 将流量控制阀串联在液压缸与油箱之间。 旁路节流调速回路 将流量控制阀安装在液压缸并联的支路上。 下面分析节流调速回路的速度负载特性、功率特性。分析时忽略油液压缩性、泄漏、管道压力损失和执行元件的机械摩擦等。设节流口为薄壁小孔，节流口压力流量方程中 m1/2。,节流调速回路,进、回油节流调速回路,qp=q1+q p1A1=F q1=KATp1/2=KAT(pp- F/A1)1/2 V =q1/A1=KAT(pp- F/A1)1/2/A1,qp=q1+q ppA1=p2A2+F q2=KATp21/2=KAT(p
8、pA1/A2-F/A2)1/2 V =q2/A2=KAT(ppA1/A2-F/A2)1/2/A2,流量连续性方程 活塞受力平衡方程 节流阀压力流量方程 速度负载特性方程,动画,进回油节流调速回路的速度负载特性及功率特性 调节节流阀通流面积AT可无级调节液压缸活塞速度，v与AT成正比。 当AT一定时，速度随负载的增加而下降。当v=0时，最大承载能力Fmax=psA1。 速度随负载变化而变化的程度，表现为速度负载特性曲线的斜率不同，常用速度刚性 kv 来评价。 Kv=-dF/dv=-1/tg=2 (psA1-FL)/v 它表示负载变化时回路阻抗速度变化的能力。 液压缸在高速和大负载时，速度受负载变
9、化的影响大，即回路的速度刚性差。 回路的输出功率与回路的输入功率之比定义成回路效率。=(Pp-P )/Pp=pLqL/psqp 进回油节流调速回路既有溢流损失，又有节流损失，回路效率较低。当实际负载偏离最佳设计负载时效率更低。 这种回路适用于低速、小负载、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率场合。,进、回油节流调速回路的不同之处： 回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳。 进油节流调速回路容易实现压力控制。工作部件运动碰到死挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作。 回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油
10、箱冷却，对系统泄漏影响小。 在组成元件相同的条件下，进油节流调速回路在同样的低速时节流阀不易堵塞。 回油节流调速回路回油腔压力较高，特别是负载接近零时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。 为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀。,容积调速回路,回路的速度刚性受负载变化影响的原因 随着负载增加，因泵和马达的泄漏增加，致使马达输出转速下降。,容积节流调速回路,限压式变量泵和调速阀、背压阀的调速回路 回路效率 p1q1/ppqp=p1/pp,动画,快速运动回路,功用 使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高生产率或充分利用功率。,液压缸差动连接快速运动回
11、路 将液压缸有杆腔回油和液压泵供油合在一起进入液压缸无杆腔，活塞将快速向右运动， 差动连接与非差动连接的速度之比为 v 1/v1A1/(A1-A2)在差动回路中，泵的流量和缸的有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管道应按合成流量来选择规格，否则会导致压力损失过大，泵空载时供油压力过高。,动画,双泵供油快速运动回路,外控顺序阀3（卸载阀）和溢流阀5分别设定双泵供油和小流量泵2供油时系统的最高工作压力。当系统压力低于阀3调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；系统压力达到或超过阀3调定压力时，大流量泵1通过阀3卸载，单向阀4自动关闭，只有小流量泵向系统供油，活塞慢速向右运动。,卸载阀3的
12、调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低1020。大流量泵卸载减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合。,活塞向下运动时，由于运动部件的自重，活塞快速下降，由单向节流阀控制下降速度。此时因液压泵供油不足，液压缸上腔出现负压，充液油箱4 通过液控单向阀3（充液阀）向缸的上腔补油； 当运动部件接触工件负载增加时，缸的上腔压力升高，阀3关闭，此时只靠液压泵供油，活塞运动速度降低。 回程时，液压缸上腔一部分回油通过阀3进入充液油箱，一部分回油直接回油箱。,充液快速运动回路,自重充液快速运动回路 回路用于垂直运动部件质量较大的液压机系统。,速度换接回路,功用 用于切换
13、执行元件的速度。换接过程要求平稳，换接精度要求高。按切换前后速度的不同，有快速慢速、慢速慢速的换接。 快、慢速换接回路,用行程阀的速度换接回路换向阀2 右位，液压缸活塞快进到预定位置，活塞杆上挡块压下行程阀4 ，行程阀关闭，缸右腔油液必须经过节流阀5 才能回油箱，活塞转为慢速工进。换向阀2 左位，压力油经单向阀6 进入缸右腔，活塞快速向左返回。速度切换过程比较平稳，换接点位置准确。但行程阀安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。,将行程阀改用电磁阀，通过挡块压下电气行程开关来操作，也可实现快慢速换接。虽然阀的安装灵活，但速度换接的平稳性、可靠性和换接精度相对较差。,调速阀并联速度换接回路 两个进给速度可以分别调整，互不影响。但在速度换接瞬间，会造成进给部件突然前冲。不宜用在同一行程两次进给速度的转换上，只可用在速度预选的场合。,两种不同慢速的速度换接回路,调速阀串联速度换接回路只能用于第二进给速度小于第一进给速度的场合，故调速阀B 的开口小于调速阀A。 回路速度换接平稳性好。,
