第6讲 液压控制阀(流量控制阀及其它控制阀)

1、n 流量控制阀流量控制阀简称简称流量阀流量阀，它通过，它通过改变节流口通流面积改变节流口通流面积或通或通流通流通道的长短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。流量控制阀包括节流阀、调速阀、分改变执行机构的运动速度。流量控制阀包括节流阀、调速阀、分流集流阀等。流集流阀等。n对流量控制阀的主要性能要求是：对流量控制阀的主要性能要求是：q阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。阀的压力差变化时，通过阀的流量变化小。q油温变化时，流量变化小。油温变化时，流量变化小。q流量调节范围大，在小流量时不易堵塞，能得到流量调

2、节范围大，在小流量时不易堵塞，能得到 很小的稳定流量。很小的稳定流量。q当阀全开时，通过阀的压力损失要小。当阀全开时，通过阀的压力损失要小。q阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。阀的泄漏量要小。对于高压阀来说，还希望其调节力矩要小。n对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式对于节流孔口来说，可将流量公式写成下列形式:mqK Ap式中式中:A阀口通流面积；阀口通流面积；p阀口前、后压差；阀口前、后压差；m由节流口形状和结构决定由节流口形状和结构决定的指数，的指数，0.5ml ；K节流系数。节流系数。qp节流口的节流口的流量流量- -压力特性压力特性细长孔细长孔m=1簿壁口簿壁

3、口m=0.51222mddqCAppC Ap薄壁小孔的流量公式由式薄壁小孔的流量公式由式: :式中式中: Cd: Cd流量系数；流量系数； 油液密度油液密度。在流体力学中，两类节流口在流体力学中，两类节流口: : （1 1） 一类是一类是。在液压工程中，往往把这类节流口当作。在液压工程中，往往把这类节流口当作固定固定( (不可调不可调) )节流器使用。节流器使用。 （2 2）一类是薄壁节流口）一类是薄壁节流口,m=0.5,m=0.5。用紊流计算这一类节流口的流量。用紊流计算这一类节流口的流量。常常把它们作为节流阀阀口使用。常常把它们作为节流阀阀口使用。qp节流口的节流口的流量流量- -压力特性

4、压力特性细长孔细长孔m=1簿壁口簿壁口m=0.5 液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量液压系统在工作时，希望节流口大小调节好后，流量q稳定不变。稳定不变。但实际上流量总会有变化，特别是小流量时，影响流量稳定性与节流但实际上流量总会有变化，特别是小流量时，影响流量稳定性与节流口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。口形状、节流压差以及油液温度等因素有关。 节流口流量稳定性用节流口流量稳定性用流量刚度流量刚度T来表征：来表征：1111mmpqTKAm ppKAmmqK Apn 油温变化对流量稳定性的影响油温变化对流量稳定性的影响p 油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，油温升高使油的粘度降

5、低，油温升高，油液粘度降低。对于细长孔，油温升高使油的粘度降低，流量流量q增加。节流通道越长，温度对流量稳定性影响越大。增加。节流通道越长，温度对流量稳定性影响越大。p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。化的影响；节流口形式越接近于薄壁孔，流量稳定性就越好。 p 流量刚度与节流口压差成正比，压差越大，刚度越大，流量越稳定；流量刚度与节流口压

6、差成正比，压差越大，刚度越大，流量越稳定；n 系数系数m变化对流量稳定性的影响：变化对流量稳定性的影响：p系数系数m m越小，刚度越大，故薄壁孔（越小，刚度越大，故薄壁孔（m m0.50.5）比细长孔（）比细长孔（m m1 1）的流量稳定性）的流量稳定性受受PP变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数变化的影响要小。因此，为了获得较小的系数m m，应尽量避免采用细长孔，应尽量避免采用细长孔节流口，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。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。n 压差变化对流量稳定性的影响：压差变化对流量稳定性的影响：1111mmpqTKAm

7、 ppKAmn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。着流量控制阀的性能。n节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上节流元件的节流口结构有锥形、三角槽形、矩形、三角形等。工业上又将节流口的过流面积又将节流口的过流面积A 的倒数称为的倒数称为液阻液阻，将过流面积可调的节流口，将过流面积可调的节流口称为可变液阻。称为可变液阻。锥形锥形三角槽形三角槽形矩形矩形三角形三角形液流从进油口流入经节流液流从进油口流入经节流口后，从阀的出油口流出。口后，从阀的出油口流出。本阀的阀芯本阀的阀芯

8、3 3的锥台上开的锥台上开有三角形槽。转动调节手有三角形槽。转动调节手轮轮1 1，阀芯，阀芯3 3产生轴向位移，产生轴向位移，节流口的开口量即发生变节流口的开口量即发生变化。阀芯越上移开口量就化。阀芯越上移开口量就越大。越大。阀芯阀芯调节调节手轮手轮螺帽螺帽阀体阀体流体正向流动时，流体正向流动时，与节流阀一样，节与节流阀一样，节流缝隙的大小可通流缝隙的大小可通过手柄进行调节；过手柄进行调节；当流体反向流动时，当流体反向流动时，靠油液的压力把阀靠油液的压力把阀芯芯4 4压下，下阀芯起压下，下阀芯起单向阀作用，单向单向阀作用，单向阀打开，可实现流阀打开，可实现流体反向自由流动。体反向自由流动。 节

9、流阀芯分成了上阀芯和节流阀芯分成了上阀芯和下阀芯两部分。下阀芯两部分。n当节流阀前后当节流阀前后p 一定时，一定时，改变改变A 可改变流经阀的流可改变流经阀的流量量起节流调速作用，起节流调速作用，如阀如阀3。n当当q 一定时，改变一定时，改变A 可改可改变阀前后压力差变阀前后压力差p起起负载阻尼作用，如阀负载阻尼作用，如阀1。n当当q0 时，安装节流元时，安装节流元件可延缓压力突变的影件可延缓压力突变的影响响起压力缓冲作用，起压力缓冲作用，如阀如阀2。n调速阀和节流阀在液压系调速阀和节流阀在液压系统中的应用基本相同，主统中的应用基本相同，主要与定量泵、溢流阀组成要与定量泵、溢流阀组成节流调速系

10、统。节流调速系统。n节流阀适用于一般的系统，节流阀适用于一般的系统，而调速阀适用于执行元件而调速阀适用于执行元件负载变化大而运动速度要负载变化大而运动速度要求稳定的系统。求稳定的系统。n压力油压力油p1先经定差减压阀，先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流然后经节流阀流出。节流阀进、出口压力油阀进、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用，使得口的压力补偿作用，使得(p2-p3)基本不变。基本不变。n调速阀工作时的静态方程

11、调速阀工作时的静态方程q定差减压阀受力平衡方程定差减压阀受力平衡方程 p2A= p3A+Ft-Fs流量稳定性分析流量稳定性分析调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。这是因为节流阀既是调节元件，又是检测元件。当阀口面积这是因为节流阀既是调节元件，又是检测元件。当阀口面积调定后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量信号并调定后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量信号并转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面，转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面，与弹簧力相比较，当检测的压力差偏离预定值时，定差减压与

12、弹簧力相比较，当检测的压力差偏离预定值时，定差减压阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补偿，保证节阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补偿，保证节流阀前后的压力差基本不变。但是阀芯位移势必引起弹簧力流阀前后的压力差基本不变。但是阀芯位移势必引起弹簧力和液动力波动，因此流经调速阀的流量只能基本稳定。调速和液动力波动，因此流经调速阀的流量只能基本稳定。调速阀的速度刚性可近似为阀的速度刚性可近似为。为保证定差减压阀的压力补偿作用，调速阀的进出口压力差为保证定差减压阀的压力补偿作用，调速阀的进出口压力差应大于应大于弹簧力弹簧力Ft 和液动力和液动力Fs 所确定的最小压力差。否则无所确定的最小压

13、力差。否则无法保证流量稳定。法保证流量稳定。(b)符号原理符号原理p1p3p2调速阀工作原理调速阀工作原理1-减压阀芯；减压阀芯； 2-节流阀芯节流阀芯acd1A2eb2ghp1( a )p2A2结构原理结构原理p3p1p3(c) 简化简化符号n 该阀又称为溢流节流阀，该阀又称为溢流节流阀，由节流阀与差压式溢流阀并由节流阀与差压式溢流阀并连而成，阀体上有一个进油连而成，阀体上有一个进油口，一个出油口，一个回油口，一个出油口，一个回油口。这里节流阀既是调节元口。这里节流阀既是调节元件，又是检测元件；差压式件，又是检测元件；差压式溢流阀是压力补偿元件，它溢流阀是压力补偿元件，它保证了节流阀前后压力

14、差保证了节流阀前后压力差p 基本不变。基本不变。nP2增加，阀芯向阀口减小增加，阀芯向阀口减小的方向位移，进口压力的方向位移，进口压力P1增加；增加；p = P1 - P2基本不基本不变变旁通型调速阀用于调节执行元件运动速度只能安装在执行元件的进旁通型调速阀用于调节执行元件运动速度只能安装在执行元件的进油路上，其速度刚性较调速阀小，但因此时的系统压力为负载压力油路上，其速度刚性较调速阀小，但因此时的系统压力为负载压力节流阀前后压差节流阀前后压差p ，是变压系统，与调速阀调速回路相比，回，是变压系统，与调速阀调速回路相比，回路效率较高。路效率较高。n分流阀又称为同步阀，它是分流阀、集流阀和分流集

15、流阀的总称；分流阀又称为同步阀，它是分流阀、集流阀和分流集流阀的总称；n分流阀的作用是使液压系统中由同一个油源向两个以上执行元件供应相分流阀的作用是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同的流量(等量分流等量分流)，或按一定比例向两个执行元件供应流量，或按一定比例向两个执行元件供应流量(比例分流比例分流)，以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。以实现两个执行元件的速度保持同步或定比关系。n集流阀则是从两个执行元件收集等流量或按比例的回油量，以实现其间集流阀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。分流集流阀则兼有分流阀和集流阀的功能。

16、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。n伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续成比例地控伺服阀是一种根据输入信号及输出信号反馈量连续成比例地控制流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀多为两级阀，有压力制流量和压力的液压控制阀。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，绝大部分为流量型伺服阀。型伺服阀和流量型伺服阀之分，绝大部分为流量型伺服阀。n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

17、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。开环控制系统中。n电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实电液伺服阀将小功率的电信号转换为大功率的液压能输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力的控制。现执行元件的位移、速度、加速度及力的控制。n伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服系统容易实伺服阀控制精度高，响应速度快，特别是电液伺服系统容易实现计算机控制，在航空航天、军事装备中得到广泛应用。但加现计算机控制，在航空航天、军事装备中得到广泛应用。但加工工艺复杂，成本高，对油液污染敏感，维护保养难，

18、民用工工工艺复杂，成本高，对油液污染敏感，维护保养难，民用工业应用较少。业应用较少。伺服阀伺服阀 阀体阀体伺服阀结构从伺服阀结构从阀体阀体开始。开始。电液伺服阀结构和工作动画演示电液伺服阀结构和工作动画演示伺服阀伺服阀 - 阀套阀套为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装 阀套阀套。伺服阀伺服阀 阀芯阀芯为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装为了使阀芯凸肩与油口精确匹配，在阀体内应安装 阀套阀套。伺服阀伺服阀 预过滤器预过滤器在主阀体内，还应安装用于过滤控制油液的在主阀体内，还应安装用于过滤控制油液的过滤器过滤器。伺服阀伺服阀 控制油控制油

19、阀体端盖阀体端盖用于通过从过滤器至比例阀先导级的控制油液。用于通过从过滤器至比例阀先导级的控制油液。伺服阀伺服阀 喷嘴挡板喷嘴挡板伺服阀伺服阀 喷嘴喷嘴先导级含有两个先导级含有两个喷嘴喷嘴 .伺服阀伺服阀 力矩马达力矩马达挡板挡板一方面与力矩马达衔铁连接，另一方面，其穿过两个喷嘴，与主阀芯连接一方面与力矩马达衔铁连接，另一方面，其穿过两个喷嘴，与主阀芯连接。挡板挡板伺服阀伺服阀当伺服阀当伺服阀失电失电时，时，挡板位于两个喷嘴挡板位于两个喷嘴中间，所以主阀两中间，所以主阀两个控制腔中的压力个控制腔中的压力是相等的是相等的 ，即主阀，即主阀芯也是位于中位。芯也是位于中位。伺服阀伺服阀在力矩马达中，

20、安装有环绕在衔铁四周的永久磁铁磁轭。在力矩马达中，安装有环绕在衔铁四周的永久磁铁磁轭。伺服阀伺服阀在力矩马达线圈中通入电流会激磁衔铁，并引起其倾斜。衔铁倾斜方向由电压极在力矩马达线圈中通入电流会激磁衔铁，并引起其倾斜。衔铁倾斜方向由电压极性来确定，倾斜程度则取决于电流大小。性来确定，倾斜程度则取决于电流大小。伺服阀伺服阀衔铁倾斜会使挡板更加靠近一个喷嘴，而远离另一个喷嘴。衔铁倾斜会使挡板更加靠近一个喷嘴，而远离另一个喷嘴。伺服阀伺服阀这样会使主阀两端控制腔中的压力产生压差这样会使主阀两端控制腔中的压力产生压差 .伺服阀伺服阀. 引起主阀芯移动引起主阀芯移动，比例阀有流量输出，比例阀有流量输出。

21、随着主阀芯移动，当随着主阀芯移动，当两控制腔中的压力相两控制腔中的压力相等时，挡板又处于两等时，挡板又处于两喷嘴中间，这时主阀喷嘴中间，这时主阀芯停止移动。芯停止移动。伺服阀伺服阀力马达力马达 固定节流孔固定节流孔 反馈弹簧杆反馈弹簧杆 喷嘴喷嘴 挡板（导阀芯）挡板（导阀芯） 弹簧管弹簧管（扭簧）（扭簧） 要求：要求：主阀芯位移自动跟主阀芯位移自动跟踪输入的电流，与踪输入的电流，与输入电流成比例。输入电流成比例。主滑阀主滑阀先导级油先导级油缸左腔缸左腔先导级油先导级油缸左腔缸左腔n电液伺服阀由电气机械转换装置、液压放大器和反馈电液伺服阀由电气机械转换装置、液压放大器和反馈（平衡）机构三部分组成

22、。（平衡）机构三部分组成。n电气电气机械转换装置将输入的电信号转换为转角或直线位机械转换装置将输入的电信号转换为转角或直线位移输出，常称为力矩马达或力马达。图中上部分为力矩马移输出，常称为力矩马达或力马达。图中上部分为力矩马达。达。 n液压放大器接受小功率的转角或位移信号，对大功率的液液压放大器接受小功率的转角或位移信号，对大功率的液压油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。图中压油进行调节和分配，实现控制功率的转换和放大。图中有喷嘴挡板（前置级）和主滑阀两级。有喷嘴挡板（前置级）和主滑阀两级。n反馈平衡机构使阀输出的流量或压力与输入信号成比例。反馈平衡机构使阀输出的流量或压力与输入信号成

23、比例。图中反馈弹簧杆为反馈机构。图中反馈弹簧杆为反馈机构。 力矩马达力矩马达 衔铁衔铁磁钢磁钢导磁体导磁体iTSNNNSSNSNS吸吸吸吸斥斥斥斥KtiT指i 双喷嘴挡板阀双喷嘴挡板阀 vxT 被控对象被控对象 被控对象被控对象 力矩比较元件反馈杆反馈杆弹簧管弹簧管xxn电液比例阀是一种按输入的电气信号连续地、按比例地对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。电液比例油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀。电液比例阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种，阀是一种性能介于普通控制阀和电液伺服阀之间的新阀种，与手动调节的普通液压阀相

24、比，电液比例控制阀能够提高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，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。制，但对控制精度和动态特性要求不太高的液压系统中。n电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流电液比例阀根据用途分为：电液比例压力阀，电液比例流量阀，电液比例方向阀。量阀，电液比例方向阀。n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