9流量控制阀.pptx

9 9 流量控制阀及控制回路流量控制阀及控制回路9.19.1节流阀和流量特性节流阀和流量特性9.2 9.2 调速阀调速阀*9.3 9.3 节流调速回路节流调速回路9 9 流量控制阀及控制回路流量控制阀及控制回路本章主要介绍的内容：本章主要介绍的内容：流量阀的结构和流量特性流量阀的结构和流量特性节流调速回路的工作原理和主要性能节流调速回路的工作原理和主要性能 流量控制阀是通过改变节流口通流面积或通流通道流量控制阀是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的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制的装置。的装置。流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分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。流集流阀等。9.19.1节流阀和流量特性节流阀和流量特性9.1.1 9.1.1 节流口的形式节流口的形式 包括圆柱滑阀阀口、锥阀阀口、轴向斜槽阀口、圆周三包括圆柱滑阀阀口、锥阀阀口、轴向斜槽阀口、圆周三角槽口和圆孔阀口角槽口和圆孔阀口.锥形锥形(或针阀或针阀)图图9-1 9-1 沉割槽形沉割槽形 图图9-2 9-2 锥形锥形(或针阀或针阀)9.1.29.1.2流量特性流量特性 通过节流口的流量及其前后压差的关系可表示为：通过节流口的流量及其前后压差的关系可表示为：（9.29.2）式中：式中：A-截流口通流截面；截流口通流截面；p-节流口的前后压差；节流口的前后压差；k-由节流口形状、液体流态、油液性质等因素决定由节流口形状、液体流态、油液性质等因素决定的系数；的系数；m-由节流口形状决定的指数，对于薄壁小孔由节流口形状决定的指数，对于薄壁小孔m=0.5,m=0.5,对于细长小孔对于细长小孔m=1,m=1,介于二者之间的节流口介于二者之间的节流口 0.5m1。图图9-3 9-3 压差对流量的影响压差对流量的影响研究发现：压差对薄壁小孔的流量影响最小，如图所示研究发现：压差对薄壁小孔的流量影响最小，如图所示图图9-4 LF9-4 LF型节流阀型节流阀9.1.3 9.1.3 节流阀节流阀 一般将节流口加上用来调节节流口大小的装置便可构成一般将节流口加上用来调节节流口大小的装置便可构成节流阀。节流阀。(1)(1)节流阀的典型结构节流阀的典型结构图图9-4 LF9-4 LF型节流阀型节流阀9.1.3 9.1.3 节流阀节流阀 一般将节流口加上用来调节节流口大小的装置便可构成一般将节流口加上用来调节节流口大小的装置便可构成节流阀。节流阀。(1)(1)节流阀的典型结构节流阀的典型结构图图9-4 LF9-4 LF型节流阀型节流阀9.1.3 9.1.3 节流阀节流阀 图图9-5 9-5 不同开口时的流量特性曲线不同开口时的流量特性曲线（2 2）节流阀的流量特性和刚性）节流阀的流量特性和刚性 节流阀的流量特性是指通过节流阀的流量特性是指通过它的流量与阀前后压力差、阀口它的流量与阀前后压力差、阀口通流面积之间的关系。显然，式通流面积之间的关系。显然，式(9.2)(9.2)就是节流阀的特性方程，就是节流阀的特性方程，其特性曲线如图其特性曲线如图9-59-5所示。所示。节流阀的刚性是指节流开口节流阀的刚性是指节流开口不变时，因阀前后压力差变化而不变时，因阀前后压力差变化而引起的通过节流阀的流量变化的引起的通过节流阀的流量变化的程度。程度。9.1.49.1.4节流阀的堵塞现象节流阀的堵塞现象 节流阀在小开口状态下工作时，特别是进节流阀在小开口状态下工作时，特别是进出口压差较大时，即使保持油温和阀的压差不出口压差较大时，即使保持油温和阀的压差不变，通过阀口的流量也会出现时大时小的脉动变，通过阀口的流量也会出现时大时小的脉动现象，开口越小，脉动现象越严重，甚至在阀现象，开口越小，脉动现象越严重，甚至在阀口没有关闭时就完全断流。这种现象称为节流口没有关闭时就完全断流。这种现象称为节流阀的堵塞现象。阀的堵塞现象。图图9-4 LF9-4 LF型节流阀型节流阀9.1.3 9.1.3 节流阀节流阀 通过节流口的高速液流产生局部高温，在高通过节流口的高速液流产生局部高温，在高温及压力作用下油液氧化并产生胶质沉淀物，温及压力作用下油液氧化并产生胶质沉淀物，再加上油液就含有未过滤干净的机械杂质，二再加上油液就含有未过滤干净的机械杂质，二者在节流口表面形成一层附着层，进一步减小者在节流口表面形成一层附着层，进一步减小了阀口通流面积，同时所形成的附着层因压力了阀口通流面积，同时所形成的附着层因压力液体的冲刷而遭到周期性的破坏，使节流阀通液体的冲刷而遭到周期性的破坏，使节流阀通过流量发生脉动。过流量发生脉动。9.2 9.2 调速阀调速阀*9.2.1 9.2.1 调速阀调速阀 根据节流阀的流量特性根据节流阀的流量特性:，只要保证阀的，只要保证阀的通流面积和压差不变，就能够保证阀的流量不变。通流面积和压差不变，就能够保证阀的流量不变。但在节流阀实际的应用中，阀的通流面积但在节流阀实际的应用中，阀的通流面积A A可以保持一可以保持一定，但节流阀前后压差定，但节流阀前后压差pp却随系统负载的变化而变化，造却随系统负载的变化而变化，造成执行元件速度不稳定，为了解决这一问题，出现了调速阀成执行元件速度不稳定，为了解决这一问题，出现了调速阀和溢流节流阀。和溢流节流阀。图图9-6 9-6 调速阀的结构和原理调速阀的结构和原理1-1-减压阀；减压阀；2-2-节流阀节流阀 调速阀调速阀=定差减压阀定差减压阀+节流阀节流阀图图9-6 9-6 调速阀的结构和原理调速阀的结构和原理1-1-减压阀；减压阀；2-2-节流阀节流阀 调速阀调速阀=定差减压阀定差减压阀+节流阀节流阀 调速阀主要用于定量泵系统中与溢流阀配合组成节流调速调速阀主要用于定量泵系统中与溢流阀配合组成节流调速系统。它适用于执行元件负载变化大，而运动速度的稳定性要系统。它适用于执行元件负载变化大，而运动速度的稳定性要求高的场合。求高的场合。调速阀可以装在系统的进油路，也可以装在回油路或旁路调速阀可以装在系统的进油路，也可以装在回油路或旁路上。上。调速阀很好的解决了执行元件速度稳定的问题，但系统液调速阀很好的解决了执行元件速度稳定的问题，但系统液压泵输出的压力是一定的。它等于溢流阀的调定压力，而这个压泵输出的压力是一定的。它等于溢流阀的调定压力，而这个压力要能满足最大负载的要求。因此该系统泵的功率消耗是比压力要能满足最大负载的要求。因此该系统泵的功率消耗是比较大的。较大的。为了解决执行元件速度稳定性（相对于为了解决执行元件速度稳定性（相对于节流阀），又要保证泵功率消耗随负载变化节流阀），又要保证泵功率消耗随负载变化而改变，即泵功率最小的问题，出现了溢流而改变，即泵功率最小的问题，出现了溢流节流阀，即旁通调速阀节流阀，即旁通调速阀 。图图9-7 9-7 旁通调速阀的结构和原理旁通调速阀的结构和原理 3-3-溢流阀溢流阀;2-;2-节流阀节流阀9.2.2 9.2.2 旁通调速阀旁通调速阀 图图9-7 9-7 旁通调速阀的结构和原理旁通调速阀的结构和原理 进口处的高压油进口处的高压油 ，一部分经节流阀，一部分经节流阀2 2去去执行机构，压力降为执行机构，压力降为 ，另一部分经溢流阀，另一部分经溢流阀3 3的溢流口去油箱。的溢流口去油箱。溢流阀芯下、上端溢流阀芯下、上端分别与节流阀前后的压分别与节流阀前后的压力油力油 和和 相通。相通。图图9-7 9-7 旁通调速阀的结构和原理旁通调速阀的结构和原理当出口压力当出口压力 增大时，增大时，阀芯下移，关小溢流口，阀芯下移，关小溢流口，溢流阻力增大，进口压溢流阻力增大，进口压力力 随之增加，因而随之增加，因而节流阀前后的压差节流阀前后的压差(-)基本保持不变基本保持不变.这种旁通调速阀上还这种旁通调速阀上还附有安全阀附有安全阀1 1，以免系，以免系统过载。统过载。图图9-7 9-7 旁通调速阀的结构和原理旁通调速阀的结构和原理与调速阀不同，与调速阀不同，旁通调旁通调速阀必须接在执行元件速阀必须接在执行元件的进油路上。的进油路上。这时泵的这时泵的出口出口(即旁通调速阀的即旁通调速阀的进口进口)压力随负载压力压力随负载压力的变化而变化，属变压的变化而变化，属变压系统，其功率利用比较系统，其功率利用比较合理，系统发热量小。合理，系统发热量小。9.2.3 9.2.3 温度补偿调速阀温度补偿调速阀 节流阀的芯杆节流阀的芯杆2 2由热膨胀系数较由热膨胀系数较大的材料制成，大的材料制成，当油温升高时，当油温升高时，芯杆热膨胀使节芯杆热膨胀使节流阀口流阀口3 3关小，正关小，正好能抵消由于粘好能抵消由于粘性降低使流量增性降低使流量增加的影响。加的影响。图图9-8 9-8 温度补偿调速阀的结构和原理温度补偿调速阀的结构和原理9.2.5 9.2.5 分流集流阀分流集流阀 分流集流阀是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。分流集流阀是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。分流阀的作用，是使液压系统中由同一个能源向两个执分流阀的作用，是使液压系统中由同一个能源向两个执行元件供应相同的流量行元件供应相同的流量(等量分流等量分流)，或按一定比例向两个执，或按一定比例向两个执行元件供应流量行元件供应流量(比例分流比例分流)，以实现两个执行元件的速度保，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。持同步或定比关系。集流阀的作用则是，从两个执行元件收集等流量或按比集流阀的作用则是，从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流例的回油量，以实现其间的速度同步或定比关系。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的职能符号如图阀则兼有分流阀和集流阀的功能。它们的职能符号如图9-99-9所示。所示。图图9-9 9-9 分流集流阀职能符号分流集流阀职能符号（a a）分流阀；（）分流阀；（b b）集流阀；（）集流阀；（c c）分集流阀）分集流阀图图9-10 9-10 分流阀的结构和原理分流阀的结构和原理 图图9-10 9-10 分流阀的结构和原理分流阀的结构和原理 9.3 9.3 节流调速回路节流调速回路9.3.1 9.3.1 调速方法概述调速方法概述 在不考虑泄漏的情况下，执行元件液压缸或液压马达的在不考虑泄漏的情况下，执行元件液压缸或液压马达的运动速度分别为：运动速度分别为：液压缸：液压缸：液压马达：液压马达：从以上两式可以看出，改变输入液压缸（或液压马达）从以上两式可以看出，改变输入液压缸（或液压马达）的流量的流量Q Q或改变液压缸有效面积或改变液压缸有效面积A(A(或液压马达排量或液压马达排量q),q),都可以都可以达到改变速度的目的。但对于特定的液压缸来说，改变其有达到改变速度的目的。但对于特定的液压缸来说，改变其有效面积效面积A A是困难的，一般只能用改变输入液压缸流量的办法是困难的，一般只能用改变输入液压缸流量的办法来变速。来变速。改变输入执行元件流量也有两种方法：改变输入执行元件流量也有两种方法：采用定量泵采用定量泵，用流量阀来调节输入执行元件的流量；，用流量阀来调节输入执行元件的流量；采用采用变量泵变量泵，调节泵的排量以调节其输出流量。，调节泵的排量以调节其输出流量。调速方法可以分为以下三种调速方法可以分为以下三种1 1、节流调速、节流调速 用定量泵供油，采用流量阀调节输入执行元件的流量来实用定量泵供油，采用流量阀调节输入执行元件的流量来实现调速。现调速。2 2、容积调速、容积调速 改变变量泵的供油量或改变变量马达的排量来调速。改变变量泵的供油量或改变变量马达的排量来调速。3 3、容积节流调速、容积节流调速 用自动改变流量的变量泵和流量阀联合进行调速。用自动改变流量的变量泵和流量阀联合进行调速。9.3.2 9.3.2 节流调速回路节流调速回路 节流调速回路由定量泵、溢流阀、节流阀和执行元件等节流调速回路由定量泵、溢流阀、节流阀和执行元件等构成。根据节流阀在油路中安装位置不同，调速回路有以下构成。根据节流阀在油路中安装位置不同，调速回路有以下三种基本组成：三种基本组成：1 1、进油路节流调速回路；、进油路节流调速回路；2 2、回油路节流调速回路；、回油路节流调速回路；3 3、旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路 下面分别从速度负载特性、功率特性等方面分析它们的下面分别从速度负载特性、功率特性等方面分析它们的性能。在分析时，忽略油液的压缩性和泄漏，管道的压力损性能。在分析时，忽略油液的压缩性和泄漏，管道的压力损失和执行元件的机械特性摩擦损失，并假定节流口形状均为失和执行元件的机械特性摩擦损失，并假定节流口形状均为薄壁小孔，即薄壁小孔，即m=0.5。9.3.1 9.3.1 进油路节流调速回路进油路节流调速回路1 1、速度负载特性、速度负载特性 通过节流阀的流量为：通过节流阀的流量为：（9.29.2）式中：式中：A-A-节流阀节流口通流面积；节流阀节流口通流面积；ps-ps-液压泵出口压力；液压泵出口压力；p1-p1-液压缸进油口压力；液压缸进油口压力；p1-p1-节流阀两端压力；节流阀两端压力；K-K-常数，对薄壁小孔常数，对薄壁小孔,，CqCq为流量系数。为流量系数。当活塞以稳定速度运动时，当活塞以稳定速度运动时，作用在活塞上的力平衡方程为作用在活塞上的力平衡方程为 （9.39.3）式中：式中：FL-FL-负载力。负载力。则：则：（9.49.4）将（将（9.49.4）代入（）代入（9.29.2）得：）得：（9.59.5）（9.59.5）（9.69.6）根据式（根据式（9 96 6）可作出不同的）可作出不同的V-FLV-FL曲线，即为速度负曲线，即为速度负载特性曲线。载特性曲线。图图9-12 9-12 进油路节流调速系统负载特性曲线进油路节流调速系统负载特性曲线1 1、速度负载特性、速度负载特性 当当FLFL一定时，一定时，改变节流阀开口量，改变节流阀开口量，就可以得到不同的就可以得到不同的速度速度V,V,因而可很容因而可很容易实现无级调速，易实现无级调速，且调速范围较大，且调速范围较大，其速比可达其速比可达100100。2 2、最大承载能力、最大承载能力 在系统调定压力在系统调定压力PSPS确定的情况下，不论节流阀通流面积怎确定的情况下，不论节流阀通流面积怎样变化，其最大承载能力都是不变的，即：样变化，其最大承载能力都是不变的，即：Famax=PSA1Famax=PSA1。3 3、功率特性、功率特性 泵提供的功率为：泵提供的功率为：（9.79.7）液压缸输出的有效功率为：液压缸输出的有效功率为：（9.89.8）式中式中QLQL称为负载流量称为负载流量,即进液压缸的流量，即进液压缸的流量，QL=Q1.QL=Q1.功率损失为：功率损失为：（9.99.9）则回油效率为：则回油效率为：（9.109.10）由于有以上两种损失的存在，进油路节流调速回路效率由于有以上两种损失的存在，进油路节流调速回路效率较低，特别是当负载小，速度低时效率更低。因此进油路节较低，特别是当负载小，速度低时效率更低。因此进油路节流调速一般用在功率较小，负载变化不大，速度稳定性要求流调速一般用在功率较小，负载变化不大，速度稳定性要求不高的系统中。不高的系统中。图图9-139-13回油路节流调速回路回油路节流调速回路9.3.2 9.3.2 回油路节流调速回油路节流调速回路回路 回油路节流调速回路回油路节流调速回路的分析与进油路节流调的分析与进油路节流调速回路分析基本相同。速回路分析基本相同。但回油路节流调速回路但回油路节流调速回路由于其特定的回路功能，由于其特定的回路功能，使其一般用于负载变化使其一般用于负载变化较大，速度稳定要求较较大，速度稳定要求较高的液压系统中。高的液压系统中。回油路节流调速回路有较好的承受负值负载能力。回油路节流调速回路有较好的承受负值负载能力。所谓负值负载就是负载作用力的方向和执行元件运所谓负值负载就是负载作用力的方向和执行元件运动方向相同的负载。比如提升机械在重物下放等工况下动方向相同的负载。比如提升机械在重物下放等工况下均承受负值负载。均承受负值负载。回油路节流调速回路中的节流阀使液压缸回油腔产生回油路节流调速回路中的节流阀使液压缸回油腔产生背压。并且运动速度越快，液压缸背压也越高，背压力背压。并且运动速度越快，液压缸背压也越高，背压力形成一个阻尼力。形成一个阻尼力。由于这个阻尼力的存在，在负值负载作用下，液压缸的由于这个阻尼力的存在，在负值负载作用下，液压缸的速度受到限制，就不会产生速度失控现象。速度受到限制，就不会产生速度失控现象。而进油路节流调速回路若想承受负值负载作用，必须在而进油路节流调速回路若想承受负值负载作用，必须在回油路加背压阀，这样又增加了泵的功耗。（背压阀的存在，回油路加背压阀，这样又增加了泵的功耗。（背压阀的存在，使液压缸进油腔产生一个附加压力）。使液压缸进油腔产生一个附加压力）。回油路节流调速回路运动平稳性好回油路节流调速回路运动平稳性好 由于回油节流阀的存在，液压缸回油腔的背压是种阻尼由于回油节流阀的存在，液压缸回油腔的背压是种阻尼力，该阻尼力不但有限速作用，而且还具有抑制振动的功能，力，该阻尼力不但有限速作用，而且还具有抑制振动的功能，有利于提高执行元件的运动平稳性。有利于提高执行元件的运动平稳性。图图9-149-14旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路9.3.3 9.3.3 旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路1 1、速度负载特性、速度负载特性 缸活塞运动速度为：缸活塞运动速度为：(9.11)(9.11)通过节流阀的流量为：通过节流阀的流量为：(9.12)(9.12)图图9-149-14旁油路节流调速回路旁油路节流调速回路将将(9.11)(9.11)代入代入(9.12)(9.12)得：得：（9.139.13）图图9-15 9-15 进油路节流调速系统负载特性曲线进油路节流调速系统负载特性曲线旁油路节流调速回路速旁油路节流调速回路速度特性曲线如右图。度特性曲线如右图。其与进油路节流调其与进油路节流调速回路负载特性曲速回路负载特性曲线正相反，因此其线正相反，因此其调速范围较小。调速范围较小。(9.13)(9.13)2 2、最大承载能力、最大承载能力 由式（由式（9.139.13）当）当 时，缸的速时，缸的速度为零度为零,这时泵的流量经节流阀回油箱。这时泵的流量经节流阀回油箱。FLmaxFLmax为其最为其最大承载能力，这时继续增大节流面积已不再起调节速大承载能力，这时继续增大节流面积已不再起调节速度的作用，只是使系统压力降低，其最大承载能力下度的作用，只是使系统压力降低，其最大承载能力下降。降。3 3、功率特性、功率特性由于由于 ，因此因此 （9.149.14）而缸的输出功率为：而缸的输出功率为：（9.159.15）回路功率损失为：回路功率损失为：（9.169.16）回路效率为：回路效率为：（9.179.17）从式（从式（9 91616）可看出旁油路节流调速回路只有流量损失而）可看出旁油路节流调速回路只有流量损失而无压力损失，故其比前两种回路功率损失小，功率较无压力损失，故其比前两种回路功率损失小，功率较高。高。因此，该回路适用于功率较大且对速度稳定性要因此，该回路适用于功率较大且对速度稳定性要求不高的场合。求不高的场合。本章完本章完