[工学]液压传动课件

1,功用：流量控制阀简称流量阀，它通过改变节流口通流面积，来改变通过阀口的流量，进而改变执行机构的运动速度。 类型：节流阀、调速阀、旁通调速阀和分流集流阀等。,5.4 流量控制阀,2,主要性能要求：根本是流速稳定 l）阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。 2）油温变化时，流量变化小。 3）流量调节范围大，在小流量时不易堵塞，能得到很小的稳定流量。 4）当阀全开时，通过阀的压力损失小。 5）阀的泄漏量小。对于高压阀，还要求其调节力矩小。,5.4 流量控制阀,3,本节提要,节流口的流量特性；节流阀、调速阀、分流阀等三种流量控制阀的原理、结构、主要性能和应用；其它液压阀，如插装阀、电液比例阀、电液伺服阀的工作原理及应用。,本节主要内容为 ：,本章重点是节流口的流量特性、调速阀的工作原理和性能。,4,5.4.1 节 流 阀,节流阀结构及工作原理,图示节流阀的阀芯3的锥台上开有三角形槽。转动调节手轮1，阀芯3轴向移动，改变了节流口的开口量，从而改变了通过阀口的流量，即油液的流速。阀芯越上移，开口量越大。 油液从进油口流入，经节流口后，改变流速，从出油口流出。,进油口,出油口,5,三角形槽,6,当节流阀的进、出口压力差为定值时，改变节流口的开口量，即可改变通过节流阀的流量。 节流阀与其它阀，例如单向阀、定差减压阀、溢流阀，可构成组合节流阀。,5.4.1 节 流 阀,7,图示为具有螺旋曲线开口和薄刃式结构的精密节流阀。转动手轮和节流阀芯后，螺旋曲线相对套筒窗口升高或降低，从而改变节流面积，实现对流量的调节。,5.4.1 节 流 阀,8,节流口的结构形式：,节流口的形状有：轴向三角槽式、偏心式、针阀式、周向缝隙式、轴向缝隙式等。如P124图5.45所示。 节流阀输出流量的平稳性与节流口的结构形式有关。,5.4 流量控制阀,9,(1)直角凸肩节流口,本结构的特点是：过流面积与开口量呈线性关系，结构简单，工艺性好。但流量的调节范围较小，小流量时流量不稳定，一般节流阀较少使用。,10,(2)针阀式（锥形凸肩）节流口,图 (a) 针阀（锥形）节流口,特点：结构简单，可当截止阀用。调节范围较大。由于过流断面仍是同心环状间隙，水力半径较小，小流量时易堵塞，温度对流量的影响较大。一般用于要求较低的场合 。,11,(3)偏心式节流口,节流口由偏心的三角沟槽组成。阀芯有转角时，节流口过流断面面积即产生变化。 特点：小流量调节容易。但制造略显得麻烦、阀芯所受的径向力不平衡，只宜用在低压场合。,12,(4)轴向三角槽式节流口,沿阀芯的轴向开若干个三角槽。阀芯做轴向运动，即可改变开口量h，从而改变过流断面面积。,特点：结构简单，水力半径大，调节范围较大。小流量时稳定性好，最低稳定流量为50ml/min。因小流量稳定性好，是目前应用最广的一种节流口。,13,(4)轴向三角槽式节流口,14,图 (d) 周向缝隙式节流口,(5)周向缝隙式节流口,阀芯上开有狭缝，旋转阀芯可以改变缝隙的通流面积。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，只适于低压节流阀中。,15,本结构为薄壁节流口，壁厚约0.070.09mm，流量受温度的影响小、不易堵塞、最低稳定流量约20ml/min 。阀芯的轴向位移可改变节流口过流断面的面积。 缺点是：节流口易变形，工艺复杂。,16,常用节流口的形状,常用节流口结构有：锥形、三角槽形、矩形、三角形等。由节流方程知，当压力差一定时，改变开口面积就可改变流量。,17,节流阀 (矩形阀心）,节流阀工作示意图,18,节流阀 （锥形阀心）,19,节流阀 （三角形阀心）,入口、出口压差,20,5.4.1.1 单向节流阀,当油液反向流动时，油液的压力把下截阀芯4压下，下阀芯相当于单向阀打开，实现油液反向自由流动。,节流阀阀芯分成上阀芯、下阀芯两部分。油液正向流动时压力油向上将下阀芯与上阀芯顶在一起。转动手轮可调节节流缝隙的大小，以调节流量，起节流作用。,21,单向节流阀,5.4.1.1 单向节流阀,22,节流孔口的流量公式可写成下列形式:,（2） 节流口的流量特性,1）节流口流量公式,式中:,23,液压系统工作时，希望节流口大小调定后，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。 影响流量稳定性的因素主要有：节流口形状、节流压差、油液温度等。,5.11.2 影响流量稳定性的因素,（1）压差变化对流量稳定性的影响,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T来表征。,24,m=0.5,刚度的物理意义： 当压力差p有某一增量时，流量q也相应有一增量，并且q的增量越大，流量的变化也越大，（从上式可知）刚度就越小。反之，则刚度越大。,25,由上式可知：流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大；压差一定，刚度与流量成反比，流量越小，刚度越大；系数m越小，刚度越大。薄壁孔（m0.5）比细长孔（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m，应尽量避免用细长孔节流口，应使节流口形式接近于薄壁孔口，以获得较好的流量稳定性。,26,（2）油温变化对流量稳定性的影响,油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，流量Q会增加。所以节流通道长时温度对流量的稳定性影响大。,对于薄壁孔，由于流体流过薄刃式节流口时为紊流，流量与雷诺数无关，即不受油液粘度变化的影响，所以油温对流量的影响较小 。节流口形式越接近薄壁孔，流量稳定性越好。,27,节流阀的阻塞节流口开口小，特别是进、出口压力差较大时，即使不改变油温和压差，阀的流量也会时大时小的脉动现象称为节流口阻塞。 节流口堵塞节流阀出现阻塞现象时，开口越小，流量脉动现象越严重，以致在阀口没有关闭时就完全断流。,原因：1、油液中有机械杂质、氧化析出的胶质、沥青、炭渣等污染物堆积在节流缝隙处；,（3）阻塞对流量稳定性的影响及最小稳定流量,例子：有的系统要求缸的运动速度极慢，节流阀的开口只能很小,导致出现阻塞现象。此时，通过节流阀的流量时大时小，甚至断流。,28,原因： 2、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存在电位差，将极化分子吸附到缝隙表面，形成牢固的边界吸附层，影响了节流缝隙的大小。堆积物和吸附物增加到一定程度时，会被液流冲刷掉，但随后又重新堆积和吸附，周而复始，便导致阀的流量脉动。 3、当阀口压差较大时，阀口温升高，液体受挤压程度加强，金属表面更容易受摩擦而产生电位差，吸附更严重。故压力差大时，容易产生堵塞现象。,（3）阻塞对流量稳定性的影响及最小稳定流量,29,减轻堵塞现象的措施：, 适当选择节流口前后的压差,用多个节流口串联。一般取P0.20.3MPa。, 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。, 节流口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。, 采用水力半径大的薄刃式节流口。一般通流面积越大、节流通道越短、水力半径越大时，节流口越不易堵塞。(水力半径为有效截面面积与湿周之比）,30,减小节流口表面的粗糙度等。减小摩擦产生的电位差，以减小节流阀口的吸附能力。,节流阀最小稳定流量不发生堵塞现象时的最小流量。此值越小，阀节流口的通流性越好，系统可获得的最低速度越低，阀的调速范围越大。为了保证系统低速工作时速度的稳定性，最小稳定流量必须小于系统以最低速度运行时所需要的流量值。,（3）阻塞对流量稳定性的影响及最小稳定流量,减轻堵塞现象的措施：,选用抗氧化稳定性好的油液，减少带电极化分子的产生；,31,节流阀的应用,1）起节流调速作用 在定量泵系统中，节流阀与溢流阀一起组成节流调速回路。,2）起负载阻尼作用 改变节流阀开口面积将改变液体流动的阻力（即液阻），节流口面积越小，液阻越大。,3）起压力缓冲作用 在液流压力容易发生突变的地方安装节流元件，可延缓压力突变的影响，起保护作用。,32,压力为1MPa；装了节流阀后如图433（b）所示，则活塞前进时，节流阀入口压力便会上升到溢流阀所调定的压力，溢流阀被打开，一部分油液经溢流阀流入油箱。,节流阀应用举例,图433（a）所示液压系统未装节流阀，若推动活塞前进所需最低工作压力为1MPa,则活塞前进时，压力表指示的,33,类型：根据“串联减压式”和“并联分流式”的差别，分为调速阀和溢流节流阀两种主要类型。调速阀又有普通调速阀和温度补偿型调速阀两种结构。 应用：调速阀和节流阀在系统中主要与定量泵、溢流阀组成节流调速系统。 节流阀适用于一般的系统；而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动要求速度稳定的系统。,5.13 调 速 阀,34,在节流调速系统中，负载变化时，引起系统压力变化，进而引起节流阀两端压力差也发生变化。,从上式可知，通过节流阀的流量q改变，使执行元件的运动速度不稳定。,为保证负载变化大的执行元件的速度稳定性，通常是对节流阀进行压力补偿，采取措施以保证负载变化时，节流阀前后压力差不变。 节流阀的压力补偿方式： (1)由定差减压阀串联节流阀组成调速阀； (2)由压差式溢流阀与节流阀并联组成溢流节流阀。,调速阀,35,串联减压式调速阀由定差减压阀1和节流阀2串联成组合阀。 节流阀2充当流量传感器，节流阀口不变时，定差减压阀1作为流量补偿阀口，通过流量负反馈，自动稳定节流阀前后的压差，保持其流量不变。因节流阀（传感器）前后压差基本不变，调节节流阀口面积时，又可以人为地改变流量的大小。,5.13.1 串联减压式调速阀的工作原理,图 (a),定差减压阀1,节流阀2,36,怎么样实现定差？,37,当减压阀1的阀心在弹簧力FS和液压力P2、P3的作用下（忽略摩擦力），处于某一平衡位置时，力的平衡方程为： 式中A、A1、A2如图所示。并且A=A1+A2,，于是有：,5.13.1 串联减压式调速阀的工作原理,图 (a),A定差减压阀1,节流阀2,A,A1,A2,38,因弹簧刚度较低，且工作过程中减压阀阀心位移较小，可以认为弹簧力FS基本保持不变，故节流阀两端压力差也基本保持不变，从而保证了节流阀的流量稳定。,5.13.1 串联减压式调速阀的工作原理,图 (a),A定差减压阀1,节流阀2,A,A1,A2,39,自动调节过程：,当负载 Fp3阀心向下移动减压口减压作用减小 p2阀芯在新的位置上达到平衡。所以，p3时，p2，其压力差p= p2 -p3基本保持不变；当负载减小时，情况相似。,当进口压力p1时，由于一开始减压阀心来不及移动，故在这一瞬时p2也增大，阀心因失去平衡而上移，使减压口，减压作用增强，又使p2减小，p= p2 - p3仍保持不变。,p3,p3,A,A1,A2,40,自动调节过程：,p3,p3,A,A1,A2,因此，无论调速阀的进、出口压力怎样变化，由于定差减压阀的自动调节作用，使节流阀前后压差始终保持不变，从而能保持流量稳定。其最小稳定流量为0.05L/min。,要使调速阀正常工作，必须保证调速阀有一个最小压力差（中低压调速阀为0.5MPa，高压调速阀为1P）。,41,节流阀芯杆2由热膨胀系数较大的材料制成，油温升高时，芯杆热膨胀，使节流阀口关小，抵消由于粘性降低使流量增加的影响。,5.13.2 温度补偿调速阀（节流阀）,温度补偿调速阀由节流阀和减压阀组成，工作原理与普通调速阀相同。其温度补偿原理为：,42,图430所示说明定量泵在无负载且设回路无压力损失的状况下，其节流前后的差异；节流前泵打出的的油全进入回路，此时泵输出压力趋近于零；节流后泵50L/min的流量才有30L/min能进入回路，虽然其压力趋近于零，但是剩余的20L/min得经溢流阀流回油箱，若将溢流阀压力设定为5MPa，此时就算是没有负载，系统压力仍将会大于5MPa，也就是说不管负载的大小如何，只要作了速度控制，则泵的输出压力将会趋近溢流阀的设定压力，趋近的程度由节流量的多少与负载大小来决定。,流量控制阀及其应用,43,分流阀的作用： 使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相同的流量(等量分流)，或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。 集流阀的作用： 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。 分流集流阀作用： 兼有分流阀和集流阀的功能。,5.14 分 流 阀,分流阀又称为同步阀，是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称。,44,分流集流阀符号,图 分流集流阀符号(a)分流阀；(b)集流阀；(c)分流集流阀,(a)分流阀,(b)集流阀,(c)分流集流阀,45,代表两路负载流量Q1、Q2大小的压差值P1和P2，同时反馈到公共的减压阀芯6上，相互比较后，驱动减压阀芯，来调节Q1、Q2大小，使之趋于相等。,结构：分流阀可以看作是由两个串联减压式流量控制阀组合构构成的。,5.14.1 分流阀,原理：该阀采用“流量-压差-力”负反馈，用两个面积相等的固定节流孔1、2作为流量一次传感器，其作用是将两路负载流量Q1、Q2分别转化为对应的压差值P1和P2。,1,P2,P1,P1,P3,P2,P4,2,6,46,5.14.1分流阀,47,5.14.2 集流阀,集 集流阀与分流阀的不同处：,只能保证执行元件回油时同步。,集流阀装在两执行元件的回油路上，将两路负载的回油流量汇集在一起回油；,两流量传感器共出口T，流量传感器的通过流量Q1（或Q2）越大，其进口压力P1（或P2）则越高。因此集流阀的压力反馈方向正好与分流阀相反；,48,5.14.3分流集流阀,分流集流阀又称同步阀，它同时具有分流阀和集流阀两者的功能，能保证执行元件进油、回油时均能同步。,挂钩式分流集流阀的结构原理图。,49,分流时，因P0P1（或P0P2），此压力差将两挂钩阀芯1、2推开，处于分流工况，此时的分流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的内棱边和阀套5、6的外棱边组成；,50,分 集 流 阀,集流时，因P0P1（或P0P2），此压力差将挂钩阀芯1、2合拢，处于集流工况，此时的集流可变节流口是由挂钩阀芯1、2的外棱边和阀套5、6的内棱边组成。只能保证执行元件回油时同步。,51,插装阀又称逻辑阀。 特点：通流能力大，密封性能好，动作灵敏、结构简单。 应用：主要用于流量较大、或对密封性能要求较高的系统。,1、插装阀,其他控制阀：逻辑阀（插装阀）电液比例控制阀、电液数字阀,5.5 其他控制阀：,52,图 插装阀的组成1先导控制阀；2控制盖板；3逻辑单元（主阀）、4阀块体,组成：插装阀由控制盖板2、插装单元（由阀套、弹簧、阀芯及密封件组成）、插装块体4和先导控制阀1（如先导阀为二位三通电磁换向阀）组成。由于插装单元在回路中主要起通、断作用，故又称二通插装阀。,5.15.1 插装阀,53,图 插装阀逻辑单元,插装阀的工作原理,图中A和B为主油路仅有的两个工作油口，K为控制油口（与先导阀相接）。当K口回油时，阀芯开启，A与B相通；反之，当K口进油时，A与B之间关闭。,二通插装阀相当于一个液控单向阀。,54,方向控制插装阀,图 插装阀用作方向控制阀（a）单向阀；(b)二位二通阀,55,56,图 插装阀用作压力控制阀（a）溢流阀；(b)电磁溢流阀,压力控制插装阀,57,流量控制插装阀,图 插装节流阀,58,电液比例阀是一种按输入的电气信号连续地、按比例地对油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀。与手动调节的普通液压阀相比，电液比例控制阀能够提高液压系统参数的控制水平；与电液伺服阀相比，电液比例控制阀在某些性能方向稍差一些，但它结构简单、成本低，所以它广泛应用于要求对液压参数进行连续控制或程序控制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。,5.15.2 电液比例阀,电液比例控制阀的构成，从原理上讲相当于在普通液压阀上，装上一个比例电磁铁以代替原有的控制（驱动）部分。根据用途和工作特点的不同，电液比例控制阀可以分为电液比例压力阀、电液比例流量阀和电液比例方向阀三大类。下面对三类比例阀作简要介绍。,59,比例电磁铁是一种直流电磁铁，与普通换向阀用电磁铁的不同主要在于，比例电磁铁的输出推力与输入的线圈电流基本成比例。这一特性使比例电磁铁可作为液压阀中的信号给定元件。,比例电磁铁,图 比例电磁铁1一轭铁；2线圈；3一限位环；4隔磁环；5一壳体；6内盖；7一盖；8调节螺钉；9弹簧；10衔铁；11一支承环；12导向套,60,1一阀座；2先导锥阀；3-轭铁；4r衔铁；5弹簧；6推秆；7线圈；8弹簧；9先导阀,电液比例溢流阀,用比例电磁铁取代先导型溢流阀导阀的调压手柄，便成为先导型比例溢流阀,61,电液比例溢流阀,阀下部与普通溢流阀的主阀相同，上部则为比例先导压力阀。该阀还附有一个手动调整的安全阀（先导阀）9，用以限制比例溢流阀的最高压力。,62,直动锥阀式比例压力阀,63,比例方向节流阀,64,电液比例调速阀,65,电液伺服阀是一种比电液比例阀的精度更高、响应更快的液压控制阀。其输出流量或压力受输入的电气信号控制，主要用于高速闭环液压控制系统，而比例阀多用于响应速度相对较低的开环控制系统中。,5.15.3 电液伺服阀,在流量型伺服阀中，要求主阀芯的位移XP与的输入电流信号I 成比例，为了保证主阀芯的定位控制，主阀和先导阀之间设有位置负反馈，位置反馈的形式主要有直接位置反馈和位置-力反馈两种。,电液伺服阀多为两级阀，有压力型伺服阀和流量型伺服阀之分，绝大部分伺服阀为流量型伺服阀。,直接位置反馈电液伺服阀,67,动圈式直接位置反馈伺服阀桥路图,68,动圈式伺服阀,69,动圈式伺服阀,70,直接反馈伺服阀控制框图,1、采用阀芯、阀套直接比较法；2、导阀芯导阀套直接比较、通过刚性连接直接（测量）反馈；3、放大元件为导阀部分、缸是主阀两端部分； 4、指令元件是线圈，被控对象是主阀芯，使主阀芯位移跟踪动圈的指令位移 。,喷嘴挡板式力反馈电液伺服阀,力马达,要求：主阀芯位移自动跟踪输入的电流，与输入电流成比例。,电液伺服阀的应用,流量负反馈比压力负反馈更为复杂，关键在于要将流量转化成便于比较的力以后，再反馈到阀芯上。将流量转化成力的过程称为流量的传感测量，转换部件称为流量传感器。流量阀的流量测量方法有两种：“压差法”和“位移法”。用“压差法”测量时，先将流量转化成压力差，再用测压法测量，因此用于稳定流量的调速阀被称为“定差”阀。“位移法”测量时，先将流量转化成位移，再用弹簧将其转化为反馈力。,小 结,调速阀和分流阀是根据流量负反馈原理工作的，用于调节和稳定流量。流量负反馈的核心是将被控流量转化为力信号与指令力比较，指令力可用调压弹簧或比例电磁铁产生，比较元件一般是流量调节