4.4 流量控制阀

在液压传动系统中,用来控制液动机的流量,从而实现其工作机构速度调节的元件,叫作流量控制阀,简称流量阀。

要求:调节方便且有足够的调节范围,有最小的稳定流,压力对流量的影响应小些,泄漏量小,调速方便

种类:节流阀、调速阀、溢流节流阀、分流集流阀以及这些阀与单向阀、行程阀等组合而成的流量阀。

4.4.1 节流形式和流量特性

1.节流形式

2.流量公式

薄壁小孔:,细长孔

式中:C——流量系数;A——孔面积;——进出口压力差;

          ——重度;——动力粘度;L——细长孔长度。

小孔流量普遍公式位:。其中薄壁孔;细长孔

    特性如右图。

由特性图可知:

(1)qA有关,且为线形关系,故改变A可改变流量q

(2)当变化时q变化。薄壁孔时,影响程度较细长孔时小,q影响越小越好;

(3)温度对流量的影响:温度影响粘度,从公式中,可知温度(或粘度)对细长孔的流量有影响,而对薄壁孔无影响。

总之,薄壁孔节流要比细长孔好,细长孔多作成阻尼孔。又因变化时q的变化液动机速度变化,所以简单的节流只适应于负载变化不大,且对液动机运行速度要求不严的系统。

3.节流阀口的形式

4.影响节流阀流量稳定性的因素

在液压系统工作时,当节流口的通流面积调好后,希望通过节流阀的流量稳定不变,以保证执行元件的速度稳定。但实际上,通过节流阀的流量受到节流前后压差、油温以及节流口形状等因数的影响,有一定的波动。

(1)压差对流量的影响

由公式(4-14)可知,当节流阀两端压差发生变化时,通过它的流量要发生变化。三种结构形式的节流口中,通过薄壁小孔的流量受压差的变化影响最小。

(2)温度对流量的影响

油温的变化引起油的粘度改变,因此通过细长小孔的流量对温度变化很敏感。而油温对通过薄壁小孔的流量影响很小。

(3)节流口形状的影响

在节流阀的使用过程中,油中杂质、极化分子以及因油的氧化所产生的胶质、沥青等杂质吸附或沉积在节流口的边缘上,会改变节流口的通流面积,造成不同程度的堵塞,从而使流量发生变化。实践证明,阀口的水力半径越小,则越易堵塞。

5.节流口的堵塞现象及最小稳定流量

节流阀在小开度条件下工作时,特别当进出油腔压力差很大时,虽然不改变开度大小,也不改变两端油液压差和油液的粘度(油温不变的情况下),而往往会出现流量脉动现象,脉动现象有时是周期性的。而且当开度继续减小时,脉动现象就越严重,最后甚至出现断流,使节流阀完全丧失工作能力。节流阀在小开度下流量不稳定和出现断流现象,统称为节流阀的阻塞现象。

造成节流阀小开度阻塞现象的主要原因有二:一是由油中污物堵塞了节流口造成的;二是由油液中极化分子和金属表面的吸附现象造成的。

提高节流阀抗堵塞性能的措施:

         要保证油的精密过滤;

         应选择适当的节流阀前后压差;

         采用大水力半径薄刃式节流口;

         正确选择工作油液和组成节流缝隙的材料。

4.4.2 节流阀

分类:固定式(固定式节流阀);可调式(图4—39,图4—40,轴向三角形可调式节流阀)。

其主要用途是在定量泵液压系统中与溢流阀配合,组成节流调速回路,即进油路、出油路和旁油路节流调速回路(第六章中将详细介绍),调节执行元件的速度。

4.4.3 调速阀

前已讲述,节流阀流量与阀口截面积A有关,且与阀前后压力差有关。当A固定后,而变化,其流量q仍可变化,不能使液动机运动速度稳定,于是产生了调速阀。

调速阀是由定差减压阀与节流阀串联而成的阀。节流阀q有关。若能解决节流阀的进出口压力差不随负载变化,则q就可保持基本不变。调速阀中的定差减压阀就起基本不变之作用。

1.组成及工作原理

(1)组成(见下图)

的压力始终由溢流阀决定,保持不变。调速阀出口的压力由液压缸负载决定。

(2)工作原理

当定差减压阀心处于平衡时,不计摩擦力,则有:

即:           

或:           

式中:——分别是d、c、b腔阀心作用面积;

            

K——弹簧刚度(刚度较小);

   ——弹簧予紧压缩量;                                               动画演示

   ——减压阀口开度(变化不大,且)。

,若A为某定值,则流经节流阀口的流量为一常量(事实基本如此)。

减压阀心下移↑,反之↓则↓,故

2.调速阀与节流阀的特性比较

 

右图可知:

(1)节流阀的流量随其阀进出口压力差影响较大,而调速阀则在后,不受的影响;

(2)调速阀时,其特性与节流阀相同(原因:较小的不能克服弹簧力,使减压阀心在最下面,值最大,不起减压阀作用,此时调速阀相当于只有节流阀)。

3.应用、优缺点

(1)应用:应用于执行元件负载变化大(变化大)而要求运动速度稳定的系统,也可用于容积调速回路中。可接于执行元件的进油路中、回油路上、旁(支)油路上。(见下图示)

(2)缺点

不随而变,而q不变,泵总在溢流阀(使用调速阀时,阀前必须安装溢流阀,溢流阀的调定压力必须满足最大负载要求,因而调速阀入口油压始终很高,泵的工作压力始终是溢流阀的调定压力)调定压力下工作,则功耗不变,造成油温上升,泄漏↑,经济性↓,故应用于功率小的系统。

4.4.4 溢流节流阀

溢流节流阀是由节流阀与定差溢流阀并连而组成的。

1.组成(如图示)

2.工作原理

液流:

泵(

安全阀作用:过大时安全阀口开油液流入油箱;溢流阀上移X变大由X 缝隙溢流增加↓,起过载保护作用。

当负载变大使↑为溢流阀下移X变小变大为

                   

    此时通过节流阀的流量和负载变大前流量相等。(——节流阀口过流面积)

于此同时,当变大为时,x变小,溢流阀口面积有原来的Ax变为,则通过溢流阀口的流量。其中变小,变大,为溢流口压力无变化,值基本没变化。        动画演示

由上述可知:

(1)泵的流量始终保持定值(因为均基本上不随负载变,故基本保持定值);

(2)↑(或↓)↑(或↓),即泵供油压力随负载压力而相应变化,则泵的输出功率也相应变大(或变小),因为功率=压力×流量。

结论:溢流节流调速适用于对速度稳定要求不太高,功率较大的进油调速系统,其调速稳定性要比调速阀差些。

4.4.5 分流集流阀

在液压系统中,往往要求两个或两个以上的执行元件同时运动,并要求它们保持相同的位移或速度(或固定的速比)。我们将这种运动关系称作位置同步或速度同步。位置同步保证执行元件在运动中或停止时都保持相同的位置;速度同步则只能保证执行元件的速度或固定的速比相同。凡是位置同步的机构,也必定是速度同步,但速度同步的机构,不一定是位置同步。

由于两个或两个以上执行元件的负载不均衡,摩擦阻力不相等,以及制造误差,内外泄漏量和液压损失的不一致等,经常使执行元件不能同步运行。因此,在这些系统中需要采用同步措施,以消除或克服这些影响,保证液压执行元件的同步运动。分流集流阀即是节流同步措施中的一种同步元件。

分流集流阀有约的同步误差,分流集流阀主要用在精度要求不太高的同步控制场合。