液压与气压传动4(控制元件)3

1、元培学院元培学院School of YuanpeiPart 5.3 常用的常用的分为三大类分为三大类和和 元培学院元培学院School of YuanpeiPart 5.3 是通过改变可变节流口面积大小，从而控制是通过改变可变节流口面积大小，从而控制通过阀的流量，达到调节通过阀的流量，达到调节（缸或马达）运动速（缸或马达）运动速度的阀类。度的阀类。常用的常用的有有、（溢流节流阀）、（溢流节流阀）、等。等。液压系统中使用的液压系统中使用的应满足如下应满足如下：有足够：有足够的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化的调节范围；能保证稳定的最小流量；温度和压力变化对流量的影响小；调节方便；泄

2、漏小等。对流量的影响小；调节方便；泄漏小等。元培学院元培学院School of Yuanpei1.流量控制原理流量控制原理由第一章由第一章“流体力学基础流体力学基础”知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动，知，当流体流经细长孔时，液流作层流流动，流过的流过的q和细长孔两端的和细长孔两端的p成成，如式（，如式（1-82）所示；而）所示；而当流体流经薄壁孔口时，流量当流体流经薄壁孔口时，流量q与孔口两端压差与孔口两端压差p的平方根成正比，如的平方根成正比，如式（式（1-92）所示。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的）所示。一般情况下，流经阀可变节流口（以下简称阀口）的流量公式可写成：流

3、量公式可写成：mpxKAq )(式中式中: K 常数；常数；A(x)可变节流孔的通流面积；可变节流孔的通流面积； x 开口量；开口量；m 指数，指数，0.5m1。由式（由式（4-20）可知，在一）可知，在一定压差定压差p下，改变阀心开下，改变阀心开口口x可改变阀口的通流面可改变阀口的通流面积积A(x)，从而可改变通过，从而可改变通过阀的流量。这就是阀的流量。这就是。元培学院元培学院School of Yuanpei由式（由式（4-20）还可以看出，）还可以看出，和，和、及及等因素密切相关。等因素密切相关。 在使用中，当阀口前后压差变化时，在使用中，当阀口前后压差变化时，使流量不稳定。式（使流量

4、不稳定。式（4-20）中的）中的m越大，越大，p的变化对流量的影响越大，的变化对流量的影响越大，因此阀口制成薄壁孔（因此阀口制成薄壁孔（m=0.5）比制成细长孔（）比制成细长孔（m=1）的好。）的好。 油温的变化引起油液粘度的变化，从而油温的变化引起油液粘度的变化，从而对流量发生影响。这在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁对流量发生影响。这在细长孔式阀口上是十分明显的。而对锐边或薄壁型阀口来说，当雷诺数型阀口来说，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；因而大于临界值时，流量系数不受油温影响；因而阀口应采用锐边或薄壁型的为好。阀口应采用锐边或薄壁型的为好。当阀口压差当阀口压差p

5、一定，在阀口面积一定，在阀口面积调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流。调小到一定值时，流量将出现时断时续现象；进一步调小，则可能断流。这种现象称为这种现象称为。每个节流阀都有一个能正常工作的最。每个节流阀都有一个能正常工作的最小稳定流量，其值一般约在小稳定流量，其值一般约在0.05L/min左右。左右。元培学院元培学院School of Yuanpei是由于油液中的杂质、是由于油液中的杂质、油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面上油液高温氧化后析出的胶质等附在节流阀口表面上所致。当所致。当很小，这些附着层达到一定厚度很小，这些附着层达到一定厚度时，就会使油液时断时

6、续，甚至断流。时，就会使油液时断时续，甚至断流。综上所述，为保证流量稳定，节流口的形式以薄壁综上所述，为保证流量稳定，节流口的形式以薄壁小孔较为理想。见小孔较为理想。见p100几种常见的节流口形式。几种常见的节流口形式。 另外，选择另外，选择和和好的油液，好的油液，精细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低精细过滤，定期换油等都有助于防止阻塞，降低。元培学院元培学院School of Yuanpeia a、针阀式、针阀式 图中为针阀式节流元件。当针阀阀芯作轴向移动时，即可改图中为针阀式节流元件。当针阀阀芯作轴向移动时，即可改变环形节流口的通流面积。其变环形节流口的通流面积。其优点优点是结构简单

7、、制造容易。但节是结构简单、制造容易。但节流通道较长，水力直径小，易流通道较长，水力直径小，易堵塞，温度变化对流量稳定性影响堵塞，温度变化对流量稳定性影响较大较大. .一般用于对性能要求不高的场合。一般用于对性能要求不高的场合。1 1、节流口的结构形式、节流口的结构形式元培学院元培学院School of Yuanpei 图中为偏心槽式结构。阀芯上开有截面为三角形的偏图中为偏心槽式结构。阀芯上开有截面为三角形的偏心槽，心槽，转动阀芯即可改变通流面积的大小转动阀芯即可改变通流面积的大小。这种结构形式阀。这种结构形式阀芯上径向力不平衡，旋转时比费劲，一般用于压力较低，对芯上径向力不平衡，旋转时比费劲

8、，一般用于压力较低，对流量稳定性要求不高的场合。流量稳定性要求不高的场合。b b、三角形偏心槽式、三角形偏心槽式元培学院元培学院School of Yuanpei 图中为轴向三角槽式节流口。阀芯作轴向移动时，改变了通流图中为轴向三角槽式节流口。阀芯作轴向移动时，改变了通流面积的大小。这种节流口结构简单，工艺性好，水力直径中等，可面积的大小。这种节流口结构简单，工艺性好，水力直径中等，可得较小的稳定流量，调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均得较小的稳定流量，调节范围较大。由于几条三角槽沿周围方向均匀分布，径向力平衡，故调节时所需的力也较小。但节流通道有一匀分布，径向力平衡，故调节时所需的力也

9、较小。但节流通道有一定长度，油温变化对流量有一定影响。定长度，油温变化对流量有一定影响。这是一种目前应用很广的节这是一种目前应用很广的节流口形式。流口形式。c c、轴向三角槽式、轴向三角槽式元培学院元培学院School of Yuanpei 图中为周向隙缝式节流口。在阀芯圆周方向上开有一狭缝，旋图中为周向隙缝式节流口。在阀芯圆周方向上开有一狭缝，旋转阀芯就可改变通流面积的大小。所开狭缝在圆周上的宽度是变化转阀芯就可改变通流面积的大小。所开狭缝在圆周上的宽度是变化的，尾部宽度逐渐缩小。节流口是薄壁结构，油温变化对流量影响的，尾部宽度逐渐缩小。节流口是薄壁结构，油温变化对流量影响小。但阀芯所受径向

10、力不平衡。小。但阀芯所受径向力不平衡。这种节流阀应用于低压小流量系统这种节流阀应用于低压小流量系统时，能得到较为满意的性能。时，能得到较为满意的性能。向d d、周向隙缝式、周向隙缝式元培学院元培学院School of Yuanpei 图中为轴向隙缝式节流口。在阀芯衬套上先铣出一个槽，图中为轴向隙缝式节流口。在阀芯衬套上先铣出一个槽，使该处厚度减薄，然后在其上沿轴向开有节流口。当阀芯轴向使该处厚度减薄，然后在其上沿轴向开有节流口。当阀芯轴向移动时，就改变了通流面积的大小。这种结构的性能与周向移动时，就改变了通流面积的大小。这种结构的性能与周向隙缝式节流口的相似。隙缝式节流口的相似。向放大e e、

11、轴向隙缝式、轴向隙缝式元培学院元培学院School of Yuanpei2.节流阀节流阀 节流阀节流阀11螺母螺母 22阀体阀体 33阀心阀心所示的所示的，可通过旋转，可通过旋转使之在使之在中上下移动，从中上下移动，从而改变阀心与而改变阀心与组成的节流口面组成的节流口面积大小。采用三角槽结构的阀口可积大小。采用三角槽结构的阀口可提高分辨率，即减小节流口面积对提高分辨率，即减小节流口面积对阀心位移的变化率（又称阀心位移的变化率（又称），使调节的精确性提高。），使调节的精确性提高。在液压系统中主要与在液压系统中主要与、和和等组成等组成。调节其开口，便可调节执行。调节其开口，便可调节执行元件运动速度

12、的大小。节流阀也可元件运动速度的大小。节流阀也可于试验系统中用作加载等。于试验系统中用作加载等。元培学院元培学院School of Yuanpei3.调速阀调速阀 调速阀的工作原理调速阀的工作原理a a）结构）结构 b b）图形符号）图形符号 c c）简化的图形符号）简化的图形符号所示为所示为进行调速进行调速的的。液压泵出口（即。液压泵出口（即调速阀进口）压力调速阀进口）压力p1由由调定，基本上保持恒定。调速调定，基本上保持恒定。调速阀出口处的压力阀出口处的压力p2由活塞上的由活塞上的负载负载F决定。所以当决定。所以当F增大时，增大时，调速阀进出口压差调速阀进出口压差p1-p2将减小。将减小。

13、如在系统中装的是如在系统中装的是，则由于压差的变动，影响通过则由于压差的变动，影响通过节流阀的流量，从而使活塞运节流阀的流量，从而使活塞运动的速度不能保持恒定。动的速度不能保持恒定。是在是在的前面串的前面串接了一个接了一个，使，使油液先经减压阀产生一次压油液先经减压阀产生一次压力降，将压力降到力降，将压力降到pm。利用。利用减压阀阀心的减压阀阀心的，使节流阀前后压差使节流阀前后压差p=pm-p2基本上保持不变。基本上保持不变。上端的上端的通过通过和节流阀后的油腔相通，压力为和节流阀后的油腔相通，压力为p2，而其，而其和和，通，通过过与节流阀前的油腔相通，与节流阀前的油腔相通，压力为压力为pm。

14、活塞上负载。活塞上负载增大时，增大时，p2升高，于是作用在升高，于是作用在上上端的液压力增加，阀心下移，减端的液压力增加，阀心下移，减压阀的开口加大，压降减小，因压阀的开口加大，压降减小，因而使而使pm也升高，结果使节流阀前也升高，结果使节流阀前后的后的pm-p2保持不变。反之亦保持不变。反之亦然。这样就使通过调速阀的然。这样就使通过调速阀的恒定不变，活塞运动的恒定不变，活塞运动的稳定，稳定，不受负载变化的影响。不受负载变化的影响。元培学院元培学院School of Yuanpei稳态特性稳态特性调速阀的流量特性可按下述基本关系式推导出来。调速阀的流量特性可按下述基本关系式推导出来。s2mFA

15、PAP当忽略减压阀阀心的自重和摩擦力时，阀心上受力平衡方程为当忽略减压阀阀心的自重和摩擦力时，阀心上受力平衡方程为AFPP/s2m元培学院元培学院School of Yuanpei 调速阀和节流阀的调速阀和节流阀的流量特性流量特性的的q与与p间的间的示于示于中。图中也示出中。图中也示出，以资比较。，以资比较。因有因有和和两两个液阻串联，所以它在正常工个液阻串联，所以它在正常工作时，至少要有作时，至少要有0.40.5MPa的的压差。这是因为在压差很小时，压差。这是因为在压差很小时，减压阀阀心在弹簧作用下处于减压阀阀心在弹簧作用下处于最下端位置，阀口全开，不能最下端位置，阀口全开，不能起到起到的缘

16、的缘故。故。和节流阀的流量特性和节流阀的流量特性元培学院元培学院School of Yuanpei应用应用调速阀在液压系统中的应用和节流阀相调速阀在液压系统中的应用和节流阀相仿，它适用于执行元件负载变化大而运动仿，它适用于执行元件负载变化大而运动速度要求稳定的系统中，也可用在容积速度要求稳定的系统中，也可用在容积-节节流调速回路中。流调速回路中。调速阀在连接时，可接在执行元件的进调速阀在连接时，可接在执行元件的进油路上，也可接在执行元件的回油路上，油路上，也可接在执行元件的回油路上，或接在执行元件的旁油路上。或接在执行元件的旁油路上。元培学院元培学院School of Yuanpei4.旁通式

17、调速阀旁通式调速阀亦称亦称，所示旁通式所示旁通式调速阀是由调速阀是由与与并联而成。当负载并联而成。当负载压力变化时，由于定差溢压力变化时，由于定差溢流阀的流阀的使节流阀使节流阀两端压差保持恒定，从而两端压差保持恒定，从而使流量与节流阀的使流量与节流阀的成正比，而与成正比，而与无关。无关。 旁通式调速阀旁通式调速阀11液压缸液压缸 22安全阀安全阀 33溢流阀溢流阀 44节流阀节流阀由图可见，进口处由图可见，进口处，一部分通过，一部分通过的阀口由出油口处流出，的阀口由出油口处流出，压力降到压力降到，进入，进入克服克服而以而以运动。另一部分则通过运动。另一部分则通过的阀口溢回油箱。的阀口溢回油箱。

18、溢流阀上端的油腔与节流溢流阀上端的油腔与节流阀后的阀后的相通，下相通，下端的油腔与节流阀前的端的油腔与节流阀前的相通。相通。元培学院元培学院School of Yuanpei21112ApApFxxxkAp fsRcos)(溢流阀阀心的受力平衡方程：溢流阀阀心的受力平衡方程：式中式中 ks溢流阀弹簧刚度；溢流阀弹簧刚度； xo溢流阀阀心在底部限位时的弹簧预压缩量；溢流阀阀心在底部限位时的弹簧预压缩量； xc溢流阀开启（溢流阀开启（ xR=0）时阀心位移；）时阀心位移； xR阀开口量；阀开口量； Ffs溢流阀阀心稳态液动力。溢流阀阀心稳态液动力。 p1、p2、A、A1、A2如图如图4-39所示。

19、所示。元培学院元培学院School of Yuanpei式（式（4-25）中，阀心面积）中，阀心面积A=A1+A2，设计时使，设计时使xo+xcxR，若忽，若忽略稳态液动力略稳态液动力Ffs，则有：，则有：Axxkpp)(cos21 节流阀两端压差节流阀两端压差p1-p2基本保持恒定。基本保持恒定。在稳态工况下，当负载力在稳态工况下，当负载力F发生变化，例如增加时，发生变化，例如增加时，p2即上升，溢流阀阀即上升，溢流阀阀心力平衡破坏，这时溢流阀阀心向下运动，溢流阀口心力平衡破坏，这时溢流阀阀心向下运动，溢流阀口xR减小，进口压力减小，进口压力p1上升，溢流阀阀心建立新的力平衡，节流阀口两端压

20、差上升，溢流阀阀心建立新的力平衡，节流阀口两端压差p1- p2仍然不变；仍然不变；反之，若负载力反之，若负载力F减小时，减小时，p2下降，但下降，但p1也下降，压差也下降，压差p1-p2、流量和速度、流量和速度也保持不变。也保持不变。元培学院元培学院School of Yuanpei和和虽都是通过压力补偿来保持节流阀两端的压差不变，虽都是通过压力补偿来保持节流阀两端的压差不变，但在性能和应用上有一定差别。但在性能和应用上有一定差别。 调速阀调速阀应用在由液压泵和溢流阀组成的定压油源供油的节流调速系统应用在由液压泵和溢流阀组成的定压油源供油的节流调速系统中，如前所述，它可以安装在执行元件的进油路

21、、回油路或旁油路上。中，如前所述，它可以安装在执行元件的进油路、回油路或旁油路上。只能用在进油路上，泵的供油压力只能用在进油路上，泵的供油压力p1将随负载压力将随负载压力p2而而改变，因此系统功率损失小，效率高，发热量小，这是其最大的优点。改变，因此系统功率损失小，效率高，发热量小，这是其最大的优点。此外，旁通式调速阀本身具有溢流和安全功能，因而与调速阀不同，进此外，旁通式调速阀本身具有溢流和安全功能，因而与调速阀不同，进口处不必单独设置溢流阀。但是，旁通式调速阀中流过的流量比调速阀口处不必单独设置溢流阀。但是，旁通式调速阀中流过的流量比调速阀的大（一般是系统的全部流量），阀心运动时阻力较大，

22、弹簧较硬，其的大（一般是系统的全部流量），阀心运动时阻力较大，弹簧较硬，其结果是使节流阀前后压差结果是使节流阀前后压差p加大（须达加大（须达0.30.5MPa），因此它的稳定性），因此它的稳定性稍差。稍差。溢流节流阀与调速阀的区别：溢流节流阀与调速阀的区别：元培学院元培学院School of Yuanpei5.分流集流阀分流集流阀分为分为、和兼有分流、集流功能的和兼有分流、集流功能的。这是一种。这是一种，其功能是将一个油源按一，其功能是将一个油源按一定的流量比例（一般相等）同时向两个液压缸或液压马达供定的流量比例（一般相等）同时向两个液压缸或液压马达供油（分流）或接受回油（集流），而两路流量（

23、即执行元件油（分流）或接受回油（集流），而两路流量（即执行元件速度）不受负载压力变化的影响。速度）不受负载压力变化的影响。具有具有的功能。的功能。所示为一所示为一。图中二位。图中二位三通阀通电后在右位接入时起三通阀通电后在右位接入时起作用，断电时左位接入，作用，断电时左位接入，起起作用。作用。元培学院元培学院School of Yuanpei 分流集流阀分流集流阀a a）结构原理）结构原理 b b）分流阀）分流阀 c c）集流阀）集流阀 d d）分流集流阀）分流集流阀 11阀心阀心 22阀套阀套 33可变节流孔可变节流孔 44固定节流孔固定节流孔 55内侧弹簧内侧弹簧 66外侧弹簧外侧弹簧该阀

24、有两个完全相同的带挂钩该阀有两个完全相同的带挂钩的的，其上钻有固定，其上钻有固定，按流量规格不同，固定，按流量规格不同，固定节流孔直径及数量不同，流量节流孔直径及数量不同，流量越大孔数和孔径越大；两侧流越大孔数和孔径越大；两侧流量比例为量比例为1 1时，两阀心上固时，两阀心上固定节流孔完全相同。阀心上还定节流孔完全相同。阀心上还有有及及，沉割槽与，沉割槽与阀套上的圆孔组成左右两个阀套上的圆孔组成左右两个。两根完全相同的。两根完全相同的其刚度较其刚度较的大。的大。元培学院元培学院School of Yuanpei元培学院元培学院School of Yuanpei现分析现分析作用时的作用时的。假设

25、两缸完全相同。假设两缸完全相同。开始时负载力开始时负载力F1和和F2以及负载压力以及负载压力p1和和p2完全相等。供油压力为完全相等。供油压力为ps、流、流量量q等分为等分为q1和和q2，活塞速度，活塞速度v1与与v2相等。由于流量相等。由于流量q1和和q2流经固定节流孔流经固定节流孔产生压降，而两个阀心的内侧都是高压，因此在压差作用下，两阀心相产生压降，而两个阀心的内侧都是高压，因此在压差作用下，两阀心相离，挂钩互相钩住，两根弹簧产生相同变形。离，挂钩互相钩住，两根弹簧产生相同变形。此时，假设此时，假设F1增大，增大，p1升高，升高，p1则也将升高。这时两阀心将同时右移。则也将升高。这时两阀心将同时右移。使左边的可变节流口开大，右边的可变节流口减少，从而使使左边的可变节流口开大，右边的可变节流口减少，从而使p2也升高，也升高，阀心处于新的力平衡。若忽略阀心位移引起的弹簧力变化等影响，阀心处于新的力平衡。若忽略阀心位移引起的弹簧力变化等影响，p1和和p2在阀心位移后仍近似相等，此时左侧可变节流口两端压差在阀心位移后仍近似相等，此时左侧可变节流口两端压差p1-p1虽比原虽比原来减小，但阀口通流面积增大，而右侧可变节流口两端的压差来减小，但阀口通流面积增大，而右侧可变节流口两端的压差p2