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1、流量控制阀 7.1 节流口的流量特性7.2 流量负反馈7.3 节流阀7.4 调速阀7.5 分流阀7.6 插装阀、比例阀、伺服阀 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的。流量控制阀是节流调速系统中的基本调节元件。在定量泵供油的节流调速系统中，必须将流量控制阀与溢流阀配合使用，以便将多余的流量排回油箱。 流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀等。 对流量控制阀的主要性能要求是：l）当阀前后的压力差发生变化时，通过阀的流量变化要小；2）当油温发生变化时，通过节流阀的流量变化要小；3）要有较大
2、的流量调节范围，在小流量时不易堵塞，这样使节流阀能得到很小的稳定流量，不会在连续工作一段时阀后因节流口堵塞而使流量减小，甚至断流；4）当阀全开时，液流通过节流阀的压力损失要小；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。 本章除讨论普通的流量阀之外，还简要介绍插装阀、电液比例阀和电液伺服阀。7.1 节流口的流量特性7.1.1 节流口的流量特性公式对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式Q=KA0Pm （7.1）图7.1 节流口的流量特性曲线式中 A0节流口的通流面积（m2）；p节流口前、后的压差（Pa）；K节流系数，由节流口形状、流体流态、流体性质等因素决定，数值由实验得出对薄
3、壁锐边孔口，对细长孔，Cd为流量系数，为动粘度，d和L为孔径和孔长。m由节流口形状和结构决定的指数，0.5ml，当节流口接近于薄刃式时，m=0.5，节流口越接近于细长孔，m就越接近于1。上式说明通过节流口的流量与节流口的截面积及节流口两端的压力差的m次方成正比。它的特殊情况是m=0.5。在阀口压力差基本恒定的条件下，调节阀口节流面积的大小，就可以调节流量的大小。节流孔口的流量-压差特性曲线如图7.1所示。7.1.2 影响流量稳定性的因素液压系统在工作时，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。（1）
4、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来表征。由式（7.l）可求得节流口的流量刚度T为： （7.2） 流量的刚度反映了节流口在负载压力变化时保持流量稳定的能力。 它定义为节流口前后压差P的变化与流量Q的波动值的比值。节流口的流量刚度越大，流量稳定性越好，用于液压系统时所获得的负载特性也越好。由式（7.2）可知： 节流口的流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度就越大； 当节流口压差一定时，刚度与流量成反比，通过节流口的流量越小，刚度也越大；系数m越小，刚度越大。m越大，P变化后对流量的影响就越大，薄壁孔（m0.5）比细长孔（
5、m1）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，即避免使流体在层流状态下流动；而是尽可能使节流口形式接近于薄壁孔口，也就是说让流体在节流口处的流动处在紊流状态，以获得较好的流量稳定性。（2）油温变化对流量稳定性的影响当开口度不变时，若油温升高，油液粘度会降低。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。而对于薄壁孔，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，流量稳定性就越好。（3）阻塞对流量稳定性
6、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。表面上看只要把节流口关得足够小，便能得到任意小的流量。但是油中不可避免有脏物，节流口开得太小就容易被脏物堵住，使通过节流口的流量不稳定。 产生堵塞的主要原因是：油液中的机械杂质或因氧化析出的胶质、沥青、炭渣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，而节流缝隙的金属表面上存在电位差，故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; 阀口压差较大时容易产生堵塞现象。减轻堵塞现象的措施
7、有： 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。 适当选择节流口前后的压差。一般取P0.20.3MPa。因为压差太大，能量损失大，将会引起流体通过节流口时的温度升高，从而加剧油液氧化变质而析出各种杂质，造成阻塞；此外，当流量相同时，压差大的节流口所对应的开口量小，也易引起阻塞。若压差太小，又会使节流口的刚度降低，造成流量的不稳定。 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。 构成节流口的各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。选用抗氧化稳定性好的油液、并控制油液温度的升
8、高，以防止油液过快地氧化和极化，都有助于缓解堵塞的产生。7.1.3节流口的形式与特征 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。几种常用的节流口如图7.2所示。图7.2节流口的形式 (1) 图7.2（a）为针阀式节流口。针阀作轴向移动时，调节了环形通道的大小，由此改变了流量。这种结构加工简单。但节流口长度大，水力半径小，易堵塞，流量受油温变化的影响也大，一般用于要求较低的场合。 （2）图7.2（b）为偏心式节流口。在阀芯上开一个截面为三角形（或矩形）的偏心槽，当转动阀芯时，就可以改变通道大小，由此调节了流量。偏心槽式结构因阀芯受经向不平衡力，高压时应避免采
9、用。 （3）图7.2(c）为轴向三角槽式节流口。在阀芯端部开有一个或两个斜的三角槽，轴向移动阀芯就可以改变三角槽通流面积从而调节了流量。在高压阀中有时在轴端铣两个斜面来实现节流。轴向三角槽式节流口的水力半径较大。小流量时的稳定性较好。 （4）图7.2（d）为缝隙式节流口。阀芯上开有狭缝，油液可以通过狭缝流入阀芯内孔再经左边的孔流出，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以作成薄刃结构，从而获得较小的稳定流量，但是阀芯受径向不平衡力，故只适用于低压节流阀中。 (5)图7.2（e）为轴向缝隙式节流口。在套筒上开有轴向缝隙，轴向移动阀芯就可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以作成单薄刃
10、或双薄刃式结构，流量对温度不敏感。在小流量时水力半径大，故小流量时的稳定性好，因而可用于性能要求较高的场合（如调速阀中）。但节流口在高压作用下易变形，使用时应改善结构的刚度。对比图7.2中所示的各种形状节流口，图（a）的针式和图（b）的偏心式由于节流通道较长，故节流口前后压差和温度的变化对流量的影响较大，也容易堵塞，只能用在性能要求不高的地方。而图（e）所示的轴向缝隙式，由于节流口上部铣了一个槽，使其厚度减薄到0.070.09毫米，成为薄刃式节流口，其性能较好，可以得到较小的稳定流量。返回本章目录7.2 流量负反馈流量阀的节流面积一定时，节流口压差受负载变化的影响不可避免地要发生变化，由此会导
11、致流量的波动。负载变化引起的流量波动可以通过流量负反馈来加以减小或消除。流量负反馈是增大流量刚度的重要手段。与压力负反馈一样，流量负反馈控制的核心是要构造一个流量比较器和流量测量传感器。流量测量传感器的作用是将不便于直接比较的流量信号转化为便于比较的物理信号，一般转化为力信号后再进行比较。用于一般流量阀的流量测量方法主要有“压差法”和“位移法”两种。7.2.1流量的“压差法”测量如图7.3(a)所示，在主油路中串联一个节流面积A0已调定的液阻RQ（一般采用薄刃式节流口）作为流量一次传感器，其压力差PQ则随负载流量QL而变化，故受控流量QL通过液阻RQ转化成压差PQ；再设置一个作为流量二次传感的
12、微型对称测压油缸A，将一次传感器输出的压差PQ引入该测压油缸A的两腔，即可将流量转化成与之相关的活塞推力FQ，FQ即为反馈信号，因此液阻RQ和压差测量缸A一起构成“压差法”流量传感器。这种流量传感器结构简单，易于实现，其缺点是负载流量QL与一次传感器的输出压差PQ之间是非线性关系。流量负反馈与压力负反馈相类似，可用弹簧预压力F指作为指令信号，并与流量传感器的反馈力FQ共同作用在力比较器上，构成“流量-压差-力负反馈”，利用比较信号驱动某流量调节阀芯，控制其阀口液阻Rx的大小，最终达到流量自动稳定控制之目的。因此，要想补偿流量的波动，还须有调节阀口Rx及相应的调控回路，要根据油源的不同，选择不同
13、的回路形式。与压力调节相类似，流量调节也有“压力源串联减压式调节”图7.3（c）和“流量源并联溢流式调节”图7.3（d）之分。所谓“压力源串联减压式调节”是指系统用压力源（近似恒压源，如定量泵加并溢流阀）供油时，用于流量调节的阀口Rx与负载Z相串联，构成“RQ-Rx-Z”串联回路，此时阀口Rx称为减压阀口。当负载压力PL波动引起负载流量QL变化时，流量传感器RQ上的压力差PQ也会发生变化，以此为控制依据，调节减压阀口Rx开口度，使流量传感器上压力差朝着误差减小的方向变化，从而补偿流量的波动，维持负载流量QL基本恒定。据此原理设计而成的流量阀称为“调速阀”。图7.3 流量的“压差法”测量与反馈(
14、a)“压差法”流量传感器；(b)控制方框图；(c)压力源串联减压式调节；(d)流量源并联溢流式调节“流量源并联溢流式调节”则是指系统用流量源（如定量泵）供油时，用于流量调节的阀口Rx应与负载Z相并联（此时流量传感器RQ与负载Z串联），构成并联分流回路才能调节负载流量QL的大小。此时阀口Rx称为溢流阀口。当负载压力PL波动引起负载流量QL变化时，流量传感器RQ上的压力差PQ也会发生变化，以此作为控制信号，调节溢流阀口Rx的开口度，使流量传感器上压力差朝着误差减小的方向变化，从而补偿流量的波动，维持负载负载流量QL基本恒定。据此原理设计而成的流量阀称为“溢流节流阀”。与压力阀类似，流量阀中流量负反
15、馈也有直动型和先导型之分，但具体结构多为直动型。7.2.2流量的“位移法”测量图7.4(a)所示为“位移法”流量传感器。与“压差法”相反，本方法是在主油路中串联一个压差PQ基本恒定（通过与弹簧预压力平衡而恒定），但节流面积A0可变的节流口RQ作为流量的一次传感器。因传感器的压差恒定，故液阻RQ及传感器阀芯位移xQ将随负载流量QL而变化，受控流量信号相应地转换成传感器的位移信号xQ。根据节流口流量公式，有 若将流量传感器做成线性传感器，令，则 （7.3）式中，C、C0、K0均为常数，即负载流量QL将与传感器的位移成比例。图7.4 流量的“位移法”测量与反馈(a)“位移法”流量传感器；(b)控制方框图；(c)串联型“位移法”流量负反馈结构原理图为了将一次传感器的位移信号转换成便于比较的力信号，再设置一个传感弹簧KQ作为位移-力转换的二次传感器，将一次传感器输出的位移xQ联接到该弹簧的一端，将位移xQ作为弹簧压缩量，即可将流量QL转换成与之成比例的弹簧压缩力FQ。FQ即为反馈。因此，定压差的可变液阻RQ和位移测量
