液壓閥(流量閥)

第三節(jié)流量控制閥 流量控制閥（簡(jiǎn)稱流量閥）是在一定的壓差下通過改 變節(jié)流口通流面積的大小，改變通過閥口流量的閥。 在液壓系統(tǒng)中，控制流量的目的是對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn) 動(dòng)速度進(jìn)行控制，因此液壓系統(tǒng)流量控制回路又常稱為 速度控制回路或調(diào)速回路。 常見的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥等。 第三節(jié)：流量控制閥 64-1 一J節(jié)流閥 1?流量控制原理 7777 第三節(jié)：流量控制閥 64-3 節(jié)流口的流量特性 節(jié)流□流量公式 對(duì)于節(jié)流孔口來說，可將流量公式寫成下列形式: 式中： 閥口通流面積； 閥口前、后壓差； Q\ m=l 細(xì)長(zhǎng)孔 簿璧口 加=0.5 節(jié)流口的 V 流量-壓力特性 由節(jié)流口形狀和結(jié)構(gòu)決定 的指數(shù)，0.5VmVl ； 節(jié)流系數(shù)。 o 第三節(jié)：流量控制閥 64-3 o 第三節(jié)：流量控制閥 第三節(jié)：流量控制閥 64-# K = Cq^2/p 加二0?5 一類是細(xì)長(zhǎng)孔，m=lo在液壓工程中，往往把這類節(jié)流口當(dāng) 作固定（不可調(diào)）節(jié)流器使用。 另一類是薄壁節(jié)流口 ,m=0.5o用紊流計(jì)算這一類節(jié)流口的流 量。常常把它們作為節(jié)流閥閥口使用。 關(guān)于薄璧節(jié)流口的流量公式，在流體力學(xué)中已然推導(dǎo)和證 明過，我們只引用其結(jié)論即可。令 流過薄壁小孔的流量公式由式變?yōu)? Q = cd ~ f2） 第三節(jié)：流量控制閥 64-4 式中：Cd—流量系數(shù)； P—油液密度。 2 上式也可寫成 Q = CdA{-^p}m 在上式中若加為常數(shù)，且［(2//7)APr也是常數(shù)，調(diào)節(jié)A, 則可調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量Q。 需要說明的是流量系數(shù)Cd并不是常數(shù)，節(jié)流口的結(jié)構(gòu)、形 狀、壓力差、油溫都對(duì)Cd有影響。精確的Cd值需靠試驗(yàn)確定。 一般Cd=0.6~0.&加值也受多種因素影響，一般加=0.5?1。一般 薄壁節(jié)流口的加為0.5左右。盡管式包含著一些非確定因素，但 它畢竟給我們提供了一個(gè)對(duì)流量進(jìn)行概略計(jì)算的簡(jiǎn)明表達(dá)式。 影響流量穩(wěn)定性的因素 液壓系統(tǒng)在工作時(shí)，希望節(jié)流口大小調(diào)節(jié)好后，流量Q穩(wěn) 定不變。但實(shí)際上流量總會(huì)有變化，特別是小流量時(shí)，影響流 量穩(wěn)定性與節(jié)流口形狀、節(jié)流壓差以及油液溫度等因素有關(guān)。 (1) 壓差變化對(duì)流量穩(wěn)定性的影響 當(dāng)節(jié)流口前后壓差變化時(shí)，通過節(jié)流口的流量將隨之改 變，節(jié)流口的這種特性可用流量剛度F來表征。 一 1/(斗丄蘭 沁P 第三節(jié)：流量控制閥 64-7 1 dAp dQ dAp tga 剛度的物理意義如下：當(dāng) △。有某一增量時(shí)，Q值相應(yīng) 的也有某一增量，0的增量 值越大，說明流量的變化也 就越大，從式看，剛度就越 小。反之，則剛度大。 可知： A流量剛度與節(jié)流口壓差成正比，壓差越大，剛度越大； 壓差一定時(shí)，剛度與流量成反比，流量越小，剛度越大； A系數(shù)加越小，剛度越大。薄壁孔（加=0.5）比細(xì)長(zhǎng)孔（加=1） 的流量穩(wěn)定性受AP變化的影響要小。因此，為了獲得較小的系數(shù) m,應(yīng)盡量避免采用細(xì)長(zhǎng)孔節(jié)流口，應(yīng)使節(jié)流口形式接近于薄壁 孔口，以獲得較好的流量穩(wěn)定性。 (2) 油溫變化對(duì)流量穩(wěn)定性的影響 油溫升高，油液粘度降低。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)孔，當(dāng)油溫升高使油 的粘度降低時(shí)，流量Q就會(huì)增加。所以節(jié)流通道長(zhǎng)時(shí)溫度對(duì)流 量的穩(wěn)定性影響大。 對(duì)于薄壁孔，油的溫度對(duì)流量的影響是較小的，這是由 于流體流過薄刃式節(jié)流口時(shí)為紊流狀態(tài)，其流量與雷諾數(shù)無(wú) 關(guān)，即不受油液粘度變化的影響；節(jié)流口形式越接近于薄壁 孔，流量穩(wěn)定性就越好。 (3) 阻塞對(duì)流量穩(wěn)定性的影響 節(jié)流閥的阻塞現(xiàn)象 一般節(jié)流閥，只要保持油足夠清潔，不會(huì)出現(xiàn)阻 塞。有的系統(tǒng)要求缸的運(yùn)動(dòng)速度極慢，節(jié)流閥的開 口只能很小,于是導(dǎo)致阻塞現(xiàn)象的出現(xiàn)。此時(shí)，通過 節(jié)流閥的流量時(shí)大時(shí)小，甚至斷流。 流量小時(shí)，流量穩(wěn)定性與油液的性質(zhì)和節(jié)流口 的結(jié)構(gòu)都有關(guān)。 第三節(jié)：流量控制閥 64-11 產(chǎn)生堵塞的主要原因是: ① 油液中的雜質(zhì)或因氧化析出的膠質(zhì)等污物堆積在節(jié)流縫 隙處; ② 由于油液老化或受到擠壓后產(chǎn)生帶電的極化分子，被吸 i= 附到縫隙表面，形成牢固的邊界吸附層，因而影響了節(jié)流縫 隙的大小。以上堆積、吸附物增長(zhǎng)到一定厚度時(shí)，會(huì)被液流 沖刷掉，隨后又重新附在閥口上。這樣周而復(fù)始，就形成流 量的脈動(dòng)； ③ 閥口壓差較大時(shí)容易產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。 減輕堵塞現(xiàn)象的措施有： ?采用大水力半徑的薄刃式節(jié)流口。一般通流面積越大、 節(jié)流通道越短、以及水力半徑越大時(shí)，節(jié)流口越不易堵塞。 ?適當(dāng)選擇節(jié)流口前后的壓差，用多個(gè)節(jié)流口串聯(lián)。一般取 △P=0?2 ?0 ?3MPa。 ?精密過濾并定期更換油液。在節(jié)流閥前設(shè)置單獨(dú)的精濾裝 置，為了除去鐵屑和磨料，可采用磁性過濾器。 ?節(jié)流口零件的材料應(yīng)盡量選用電位差較小的金屬，以減小 吸附層的厚度。 節(jié)流口的形式與特征 節(jié)流口是流量閥的關(guān)鍵部位，節(jié)流口形式及其特性在很 大程度上決定著流量控制閥的性能。 (1)直角凸肩節(jié)流口 h<B-, B—閥體沉割槽的寬度。 直角凸肩節(jié)流口 本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是過流面 積和開口量呈線性結(jié)構(gòu)關(guān)系, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好。但流 量的調(diào)節(jié)范圍較小，小流量 時(shí)流量不穩(wěn)定，一般節(jié)流閥 較少使用。 （2）針閥式（錐形凸肩）節(jié)流口 h (a) 針閥（錐形）節(jié)流口 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 可當(dāng)截止閥用。調(diào)節(jié)范 圍較大。由于過流斷面 仍是同心環(huán)狀間隙，水 力半徑較小，小流量時(shí) 易堵塞，溫度對(duì)流量的 影響較大。一般用于要 求較低的場(chǎng)合。 (3)偏心式節(jié)流口 節(jié)流口由偏心的三角溝槽組成。閥芯有轉(zhuǎn)角時(shí)，節(jié)流口過流 斷面面積即產(chǎn)生變化。本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，小流量調(diào)節(jié)容易。但制 造略顯得麻煩.閥芯所受的徑向力不平衡，只宜用在低壓場(chǎng)合。 P1 P2 \ 、 、 (b) 第三節(jié)：流量控制閥 64-17 (4) 軸向三角槽式節(jié)流口 沿閥芯的軸向開若干個(gè)三角槽。閥芯做軸向運(yùn)動(dòng)，即可改 變開口量仏從而改變過流斷面面積。 本節(jié)流口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力半徑大，調(diào)節(jié)范圍較大。小流量 時(shí)穩(wěn)定性好，最低對(duì)流量的穩(wěn)定流量為50ml/mino因小流量穩(wěn) .?定性好，是目蕾應(yīng)用最廣的一種節(jié)流口. 第三節(jié)：流量控制閥 64-# :- 空: ::＜：-：：-：W （：?:：?：?：?： ；?：〉 ixfife! < - 丁jfyVVvvvyyyVvir ■ ?■???????????????■??? XXXX X XXXXXXX X X (5) 周向縫隙式節(jié)流口 閥芯上開有狹縫，旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。 這種節(jié)流口可以作成薄刃結(jié)構(gòu)，從而獲得較小的穩(wěn)定流量，但是 閥芯受徑向不平衡力，只適于低壓節(jié)流閥中。 周向縫隙式節(jié)流口 本結(jié)構(gòu)為薄壁節(jié)流口，壁厚約0.07?0.09mm,流量受溫度的影響 小、不易堵塞、最低穩(wěn)定流量約20ml/min。閥芯的軸向位移可改變 節(jié)流口過流斷面的面積。節(jié)流口易變形，工藝復(fù)雜是本結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。 A 軸向縫隙式節(jié)流口 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 二?節(jié)流閥的典型結(jié)構(gòu) (1)普通節(jié)流閥 當(dāng)節(jié)流閥的進(jìn)出口壓 力差為定值時(shí)，改變節(jié)流 口的開口量，即可改變流 過節(jié)流閥的流量。 節(jié)流閥和其它閥，例 如單向閥、定差減壓閥、 溢流閥，可構(gòu)成組合節(jié)流 閥。 波量控制閥 64-23 節(jié)流閥狀態(tài) i量控制閥 64-21 第三節(jié)：流量控制閥 64-# (3)溫度補(bǔ)償節(jié)流閥 節(jié)流閥芯桿 2由熱膨脹系數(shù) 較大的材料制 成，當(dāng)油溫升 高時(shí)，芯桿熱 膨脹使節(jié)流閥 口關(guān)小，能抵 消由于粘性降 低使流量增加 的影響。 調(diào)速閥 減壓閥串聯(lián)在節(jié)流閥之前，稱為調(diào)速閥。溢流閥和節(jié)流閥 并聯(lián)，稱為溢流節(jié)流閥。 調(diào)速閥中又有普通調(diào)速閥和溫度補(bǔ)償型調(diào)速閥兩種結(jié)構(gòu)。 調(diào)速閥和節(jié)流閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用基本相同，主要與定 量泵、溢流閥組成節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。 節(jié)流閥適用于一般的系統(tǒng)，而調(diào)速閥適用于執(zhí)行元件負(fù)載 變化大而運(yùn)動(dòng)速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。 1.串聯(lián)減壓式調(diào)速閥的工作原理 第三節(jié)：流量控制閥 64-23 第三節(jié)：流量控制閥 64-# b 2 調(diào)速閥工作原理 1 ■減壓閥芯；2 ■節(jié)流閥芯 ■ ■ ? ■ J (b)詳細(xì)符號(hào) 2）簡(jiǎn)化符號(hào) 第三節(jié)：流量控制閥 64-25 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 節(jié)流閥閥芯 Ps 定差減壓閥閥芯 P1 調(diào)速閥的工作原理圖 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 調(diào)速閥的靜態(tài)特性分析 調(diào)速閥能保持流量穩(wěn)定，主要是由于在節(jié)流閥之前串聯(lián)了減壓 閥，而減壓閥具有壓力補(bǔ)償作用，這樣就使節(jié)流閥口前后的壓差保 持近似不變，而使流量保持近似恒定。 第三節(jié)：流量控制閥 64-27 第三節(jié)：流量控制閥 64-# ^VT =宀）后乙） 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 第三節(jié)：為 2?溢流節(jié)流閥 溢流節(jié)流閥是由定差溢 流閥和節(jié)流閥并聯(lián)組成的組 合閥。 90 ■i t 第三節(jié)：流量控制閥 64-29 3 ?調(diào)速閥與溢流節(jié)流閥的比較 III 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 第三節(jié)：流量控制閥 64-# (1) 調(diào)速閥應(yīng)用范圍較廣。調(diào)速閥可安裝在執(zhí)行元件的進(jìn)、回 油路和旁油路上。而溢流節(jié)流閥只能安裝在節(jié)流調(diào)速回路的進(jìn)油 路上組成進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速回路。 (2) 采用溢流節(jié)流閥的系統(tǒng)效率較高。 (3) 調(diào)速閥較溢流節(jié)流閥流量穩(wěn)定性好。 分流閥 分流閥又稱為同步閥，它是分流閥、集流閥和分流集流閥 的總稱。 分流閥的作用是使液壓系統(tǒng)中由同一個(gè)油源向兩個(gè)以上執(zhí) 行元件供應(yīng)相同的流量（等量分流），或按一定比例向兩個(gè)執(zhí)行 元件供應(yīng)流量（比例分流），以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)執(zhí)行元件的速度保持同 步或定比關(guān)系。集流閥的作用，則是從兩個(gè)執(zhí)行元件收集等流 量或按比例的回油量，以實(shí)現(xiàn)其間的速度同步或定比關(guān)系。 (a) (b) (c) 分流、集流閥符號(hào) (a)分流閥；(b)集流閥；(c)分流集流閥 第三節(jié)：流量控制閥 64-31 A B 第三節(jié)：流量控制閥 64-33 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 孔b-固定節(jié)流口cd-可變節(jié)流口 ■腔;P?流扎口;A.B-流出口 第三節(jié)：流量控制閥 64-# 分流集流閥 ) ( ( P o A B 3) A b 5 \ Pb TZZZZZZZZ^J^/ 、\ 「： ■幵■ I 10 勿 I Y///)(77777力 第三節(jié)：流量控制閥 64-35