液压与气动技术（第2版）第16次教案（流量控制元件）

PAGE第16次课程教学方案备课时间备课教师教学时间教学地点周次16课时数2教学内容（章、节）模块/单元液压与气动技术模块三、液压传动技术基础学习单元二典型液压元件介绍（续）§2-17调速方法概述；§2-18节流阀和节流调速回路；§2-19调速阀。教学目标和要求教学目的：通过学习，学生应掌握调速方法种类；各种流量控制元件的结构、工作原理和职能符号，以及它们在液压回路中的应用特点。教学要求：1.知识目标（1）掌握各种调速方法种类；（2）掌握流量控制元件结构、工作原理、职能符号及应用；（3）掌握节流阀和单向节流阀与调速阀的区别及应用特点。2.技能目标（1）具有识别液压流量控制元件的能力；（2）能够进行液压系统的安装与调试。3.情感目标（1）良好的规范的职业意识、职业规范；（2）适用的学习方法及积极的学习态度等。教学重点调速阀的工作原理、调速回路和调速方法教学难点调速方法教学方法头脑风暴、互动、讲授、演示、案例、小组活动等使用媒体资源■纸质材料■多媒体课件■网络资源■其他资源：使用教具、设备、设施等实验台、彩色图片、工业元件、投影仪、黑板等作业练习见教材本单元的思考与练习课后记教学内容教学步骤、方法时间液压与气动技术模块三、液压传动技术基础学习单元二典型液压元件介绍（续）液压系统流量控制元件§2-17调速方法概述执行元件的速度QqQqQA液压缸v=液压马达n=从上式可知：1.对于特定的液压缸来说，改变其有效就面积A是困难的，一般只能用改变输入液压缸流量Q的办法来调速。2.对于特定的液压马达来说，它的排量是可以改变的。因此，对于变量液压马达来说，既可以改变输入流量Q来调速，又可以用改变液压马达的排量q来调速。3.改变输入执行元件的流量Q也有两种方法：采用定量泵，用节流元件来调节输入执行元件的流量Q来实现调速。采用变量泵，调节泵的排量q。调速方法1.节流调速：即用定量泵，采用节流元件来调节输入执行元件的流量Q来实现调速。2.容积调速。即改变变量泵的供油量Q和（或）改变变量马达的排量q来实现调速。3.容积节流调速。用自动改变流量的变量泵及节流元件联合进行调速。依据教材和实际工况分析讲解15min教学内容教学步骤、方法时间§2-18节流阀和节流调速回路节流阀节流阀：是借助改变阀口通流面积或通道长度来改变阻力的可变液阻。1.作用：改变节流口的大小来调节通过阀口的流量，从而改变执行元件的速度。2.对流量控制阀的性能主要要求是：节流口的通道要短，而且应光滑平整，以尽量避免堵塞，从而获得较低的最小稳定流量。当阀口前、后压力差变化时，通过阀的流量变化要小。调速比大，而且调节时的流量变化均匀。油温变化对通过阀的流量影响较小。PPmKaQ1.流量特性式中：a：节流口通流截面积；ΔP：节流口前后的压差；dldl<0.51）当节流孔为薄壁小孔时：qqck2；m=0.5；Cq：流量系数〉4〉4dl2）当节流孔为细长小孔时：k=d2/(32μL)；m=1；ρ、μ分别为液体密度和动力粘度。3）当节流孔为厚壁小孔时：依据教材、膜片和剖面模型，结合实际工况分析讲解30min教学内容教学步骤、方法时间k为系数；0.5<m<1注：对于其它形式的节流孔的k值由实验得出。2.流量稳定性：1）压差对流量的影响：ΔPΔPQm=1m=0.52）温度对流量的影响：温度对薄壁小孔没影响通过细长小孔的流量受粘度的影响，而油液粘度对温度很敏感。因此，通过细长小孔的流量对温度很敏感。3）最小稳定流量——当节流口小到一定程度时，节流口会被附着层全部堵塞而造成断流。节流阀所能达到的最小稳定流量是节流阀的一项重要性能。3.节流阀的典型结构及工作原理1）管式节流阀结构：1-径向孔；2-节流阀芯；3-节流口；4-阀体（调节手轮）教学内容教学步骤、方法时间工作原理：油液从B（或A）口流入，A（或B）口流出，油液都要经过节流口3，且流量的大小取决于节流口的开度。2）单向节流阀结构管式单向节流阀结构1-通孔；2-节流阀阀芯；3-节流口；4-阀套；5-单向阀阀芯教学内容教学步骤、方法时间工作原理：当液体从A口流入，经过节流口（三角槽）从B口流出，此时单向阀关闭，通过的流量的多少可以通过手轮来调节；当液体从B口流入时，打开单向阀直接从A口流出，此时单向阀起作用。节流调速回路节流调速回路由定量泵、溢流阀、节流阀与执行元件组成，按节流阀在油路中安装位置不同，有以下三种形式：1.进油节流调速回路速度负载特性:在回路中调速元件的调定值不变的情况下，负载变化所引起速度变化的性能。液压缸的运动速度与节流阀通流面积成正比。当节流阀通流面积一定时，液压缸的运动速度随着负载增加而减小。负载一定时，节流阀通流面积越小，则速度刚度越大。这种调速回路的速度稳定性，在低速轻载情况下，比高速重载时好。增大液压缸有效面积和提高液压泵供油压力，可提高速教学内容教学步骤、方法时间度刚度。进油节流调速回路适用于轻载、低速、负载变化不大和对速度稳定性要求不高的小功率液压系统。2.回油节流调速回路进油节流调速回路与回油调速回路的速度负载特性和刚度基本相同。如果液压缸是两腔有效面积相同的双出杆液压缸（A1=A2），则两种调速回路的速度负载特性和刚度就完全一样。3.进油节流调速回路和回油节流调速的比较1）回油节流调速回路中由于节流阀的存在而使液压缸的回油腔具有一定背压，不仅提高了液压缸的平稳性，并且使它能承受负方向的负载（负值负载，与液压缸运动方向相同的负载力）。而进油节流调速回路则只有在液压缸的回油路上设置背压阀后，才可承受负值负载。2）在回油节流调速回路中，流经节流阀而发热的油液，直接流回油箱而得到冷却。在进油节流调速回路中流经节流阀而发热的油液，则直接进入液压缸中，使液压缸泄漏增加，导致其速度稳定性降低。3）对于单出杆液压缸而言，在回油节流调速回路中，当负载为零时，液压缸的背压将会升得很高，这样会使密封件教学内容教学步骤、方法时间寿命降低，而导致泄漏增加效率降低。且无杆腔进油流量大于有杆腔回油流量，故在缸径、缸速相同的情况下，进油调速回路截流口开口较大，不易堵塞。4）回油节流调速回路，如长时间停车后，由于泄漏在液压缸回油腔会形成空隙，重新启动时，由于瞬时负载为零而导致液压泵全部流量进入液压缸，进油腔而使活塞前冲。在进油节流调速回路中，只要在启动时关小节流阀就能避免前冲。4）旁油路节流调速回路在节流阀通流面积不变的情况下，液压缸的速度因负载增大而显著减小，其速度负载特性比进、回油节流调速更软。1）只有节流损失，没有溢流损失，比前两种调速回路功率损失小，效率较高。2）旁路节流调速回路的速度负载特性较差，调速范围小，但效率较高，一般用于高速重载、对速度稳定性要求不高和功率较大的液压系统。§2-19调速阀为了使速度稳定，就要时节流阀两端的压差在负载变化下保持不变，从而使节流阀的流量只是由节流口的大小来决定。把具有这一作用的阀和节流阀组合在一起，就构成保持速度不随负载变化的流量阀。即调速阀。依据教材、膜片和剖面模型，结合实际工况分析讲解45min教学内容教学步骤、方法时间调速阀的结构和工作原理调速阀由定差减压阀与节流阀串联而成，定差减压阀能自动保持节流阀两端压差不变，从而使通过节流阀的流量不受负载变化的影响；执行元件的运动速度则由节流阀开口大小来调定。1.调速阀的结构：1-调节手轮；2-节流阀；3-单向阀；4-减压口；5-定差减压阀阀芯2.调速阀的工作原理：调速阀的工作原理图教学内容教学步骤、方法时间工作原理：调速阀由定差减压阀和节流阀串联而成。节流阀的前、后压力P2和P3分别引到定差减压阀的左右两端，当负载压力P3增大，于是作用在定差减压阀左端的液压力增大，阀芯右移，减压口增大，压降减小，使压力P2也增大，从而使节流阀的压差（P2-P3）保持不变；反之亦然。这样使调速阀的流量恒定不变（不受负载影响）。调速阀的应用场合定差减压阀能根据负载变化自动调节液阻，使节流阀前后压差保持不变，从而保持流量的稳定。调速阀则在其两端压差大于一定数值（ΔPmin）后，其流量就不随压差的变化而变化。要使调速阀正常工作，必须有一最小压力差。调速阀应用于进油、回油和旁路节流调速回路中，都能改善速度负载特性，提高速度稳定性。只要调速阀的工作压差超过它的最小压差值（一般为0.5MPa~1MPa），通过调速阀的流量就几乎不受负载影响。由于调速阀的最小压差比节流阀压差（一般为0.2MPa~0.3MPa）大，因此其调速回路的功率损失比用节流阀的调速回路要大。教学内容教学步骤、方法时间溢流节流阀（旁路节流阀）1．溢流节流阀的结构2．溢流节流阀的工作原理教学内容教学步骤、方法时间工作原理：它也是一种压力补偿形节流阀，由溢流阀和节流阀并联而成。进口处的高压油P1一部分经节流阀进入执行元件，压力降为P2，另一部分经溢流阀的溢流口流回油箱。溢流阀芯上下端分别与节流阀前后的压力油P1和P2相通。当出口压力P2增大时，溢流阀阀芯左移，关小溢流口，溢流阻力增大，进口压