液压元件与系统 第4版 课件 第十章　流量控制阀

第十章流量控制阀第一节节流口概述

第二节节流阀

第三节调速阀

第四节温度补偿调速阀

第五节溢流节流阀

第六节分流集流阀第一节节流口概述一、节流口的流量特性

二、影响流量稳定性的因素

三、常用节流口的形式一、节流口的流量特性图10-1节流口流量-压差特性曲线一、节流口的流量特性(10-1)(10-2)(10-3)二、影响流量稳定性的因素1.压差Δp对流量稳定性的影响

2.温度对流量稳定性的影响

3.最小稳定流量和流量阀调节范围1.压差Δp对流量稳定性的影响在使用中，当节流口前后压差变化时，流量不稳定。式(10-1)中的m越大，Δp的变化对流量的影响越大，因此阀口制成薄壁孔(m=0.5)的流量阀的流量稳定性较好。2.温度对流量稳定性的影响油温的变化引起油液粘度的变化，从而对流量大小产生影响。这对细长孔式节流口是十分明显的。而对锐边或薄壁孔口而言，当雷诺数Re大于临界值时，流量系数不受油温影响；但当压差小，通流面积小时，流量系数与雷诺数Re有关，流量要受到油温变化的影响。3.最小稳定流量和流量阀调节范围当阀口压差Δp一定，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，这种现象称为节流阀的阻塞。三、常用节流口的形式图10-2节流口的形式

a)针阀式b)偏心式c)轴向三角槽式d)周边缝隙式e)轴向缝隙式三、常用节流口的形式1.针阀式节流口(图10-2a)

2.偏心式节流口(图10-2b)

3.轴向三角槽式节流口(图10-2c)

4.周边缝隙式节流口(图10-2d)

5.轴向缝隙式节流口(图10-2e)1.针阀式节流口(图10-2a)当针阀作轴向移动时，即可改变环形节流开口的大小以调节流量。这种结构加工简单，但节流口长度大，水力半径小，易堵塞，流量受油温影响较大。一般用于对性能要求不高的场合。2.偏心式节流口(图10-2b)这种形式的节流口在阀芯上开一个截面为三角形(或矩形)的偏心槽，当转动阀芯时，就可以改变节流口的大小，以调节流量。3.轴向三角槽式节流口(图10-2c)在阀芯端部开有一个或两个斜的三角槽，轴向移动阀芯就可以改变三角槽通流面积从而调节流量。在高压阀中有时在轴端铣削斜面来代替三角槽以改善工艺性。4.周边缝隙式节流口(图10-2d)这种节流口在阀芯上开有狭缝，油液可以通过狭缝流入阀芯内孔再经左边的孔流出，旋转阀芯可以改变缝隙节流开口的大小。5.轴向缝隙式节流口(图10-2e)在套筒上开有轴向缝隙，轴向移动阀芯就可以改变缝隙的通流面积大小。这种节流口可以做成单薄刃或双薄刃式结构，因此流量对温度变化不敏感第二节节流阀一、节流阀的结构与工作原理

二、节流阀的刚度

三、节流阀的主要性能指标

四、节流阀的设计要点一、节流阀的结构与工作原理1.普通节流阀

2.单向节流阀

3.行程节流阀

4.单向行程节流阀1.普通节流阀图10-3节流阀

a)结构图b)图形符号

1—阀芯2—推杆3—手轮4—复位弹簧2.单向节流阀图10-4LA型带载可调单向节流阀

a)结构图b)图形符号

1—阀盖2—顶杆套3—活塞4—阀芯

5—阀体6—弹簧7—底盖3.行程节流阀图10-6CF型行程节流阀

a)结构图b)图形符号

1—滚轮2—阀盖3—定位销4—阀芯5—阀体6—弹簧7—底盖4.单向行程节流阀图10-7单向行程节流阀

a)结构图b)图形符号

1—滚轮2—阀盖3—定位销4—阀芯5—阀体6—弹簧7—底盖8—单向阀二、节流阀的刚度图10-8不同开口时节

流阀的流量-压差特性二、节流阀的刚度(10-5)(10-6)三、节流阀的主要性能指标1.流量调节范围

2.流量变化率

3.内泄漏量

4.压力损失1.流量调节范围流量调节范围是指当节流阀的进出油口压差为最小时(一般为0.5MPa)，由小到大改变节流口的过流面积，它所通过的最小稳定流量和最大流量之间的范围。2.流量变化率当节流阀进出油口压差为最小时，将节流阀的流量调至最小稳定流量，并保持进油腔油温为(50±5)℃，每隔5min用流量计测量一次流量，共测量六次，将测得的最大和最小流量的差值与流量的平均值之比称作流量变化率。节流阀的最小流量变化率一般不大于10％。3.内泄漏量内泄漏量是指节流阀全关闭，进油腔压力调至额定压力时，油液由进油口经阀芯和阀体之间的配合间隙泄漏至出油口的流量。4.压力损失正向压力损失是指节流口全开，通过额定流量时，进油口与出油口之间的压力差。对于单向节流阀而言，油液反向流过单向阀时的压力差称为阀的反向压力损失。四、节流阀的设计要点1.结构形式的选择

2.节流阀进出油口压差Δp的确定

3.节流阀最大和最小开口面积的确定

4.节流阀通流部分的尺寸1.结构形式的选择节流阀的结构形式主要根据工作压力和调节特性的要求来确定。如工作压力较高时，可选用轴向三角槽式节流口；工作压力较低但要求调节灵敏，可选用缝隙式节流口；要求油温变化对流量的影响小时，应采用薄刃结构，必要时可采用温度补偿的方式；当要求带载进行流量调节时，应考虑阀芯上液压力的平衡问题。2.节流阀进出油口压差Δp的确定在工作状态，节流阀进出油口压差将随系统中执行元件负载的变化而在很大范围内变动。在设计节流阀时要确定一个Δp值，以此作为计算节流开口大小以及通过的最小稳定流量和最大流量的依据。3.节流阀最大和最小开口面积的确定

(10-7)(10-8)4.节流阀通流部分的尺寸节流阀通流部分任意过流断面(节流口除外)的液流速度应不超过液压管路内的流速，一般不超过6m/s。同时，应使流道局部阻力尽量减小。第三节调速阀一、调速阀的结构及工作原理

二、调速阀的静态特性分析

三、调速阀的主要性能指标

四、调速阀的设计计算一、调速阀的结构及工作原理图10-9定差减压阀在前节流阀在后的调速阀的结构原理图

a)结构图b)详细图形符号c)简化图形符号

1—定差减压阀2—节流阀一、调速阀的结构及工作原理图10-10调速阀结构原理图

1—调节旋钮2—阀体3—阀套

4—减压阀口5—阻尼孔

6—压力补偿器7—弹簧

8—节流口9—节流阀芯一、调速阀的结构及工作原理1)若系统工作负载增大导致调速阀的出油口压力p3增大，在调速阀进油口压力p1不变的情况下，流经调速阀的流量因总压差有减小的趋势；但p3增大的同时使定差减压阀阀芯受力平衡破坏，阀芯向阀口增大的方向移动，使定差减压阀的减压作用减弱，于是p2增大，直到p2－p3恢复到原来值，定差减压阀阀芯在新的位置达到受力平衡为止。

2)若调速阀的进油口压力p1增大，则在调速阀出油口压力p3不变的情况下，流经调速阀的流量有增大的趋势；但流量增大将导致节流阀的进油口压力p2增大，于是定差减压阀阀芯受力平衡破坏，阀芯向阀口减小的方向移动，使定差减压阀的减压作用增强，阀口的压力差增大，使节流阀进油口压力p2降低并恢复到原来值，因此节流阀进出油口压力差保持不变。二、调速阀的静态特性分析1)流经定差减压阀阀口的流量q1为

2)定差减压阀阀芯受力平衡方程为

3)流经节流阀阀口的流量为

4)根据流量连续性原理，并不计泄漏，则调速阀的流量为

1)流经定差减压阀阀口的流量q1为

(10-9)2)定差减压阀阀芯受力平衡方程为

(10-10)3)流经节流阀阀口的流量为

(10-11)4)根据流量连续性原理，并不计泄漏，则调速阀的流量为

(10-12)(10-12)1)调速阀可以是定差减压阀在前节流阀在后，也可以是节流阀在前定差减压阀在后。

2)节流阀进出油口的压力差不得小于kx0/A，否则定差减压阀处于最大开口，不起减压补偿作用。

3)当调速阀出油口负载很小时，定差减压阀阀口将承担较大的压力差，此时液压功率几乎全部损失在压力补偿器上，所消耗的功率将产生无效的热能，使油液温度升高。二、调速阀的静态特性分析图10-11节流阀在前定差减压阀在后的调速阀的结构原理图

a)结构图b)详细图形符号c)简化图形符号三、调速阀的主要性能指标1.最小工作压差

2.最小稳定流量

3.流量调节范围

4.内泄漏量

5.进油口压力变化对流量的影响

6.出油口压力变化对流量的影响1.最小工作压差最小工作压差即调速阀进出油口的最小压差，是指将节流口全开，流过额定流量时，调速阀进油口和出油口的压力差(即p1－p3)。压差过低，减压阀部分不能正常工作，就不能对节流阀进行有效的压力补偿，影响流量的稳定性。2.最小稳定流量最小稳定流量是指调速阀能正常工作的最小流量，要求流量变化率不大于10％，不出现断流等现象。3.流量调节范围流量调节范围是指当调速阀在最小工作压差时，由小到大改变节流口的过流面积，它所通过的最小稳定流量和最大流量范围。4.内泄漏量内泄漏量是指节流口全关时，将调速阀的进油口压力调节至额定压力，从出油口流出的流量。5.进油口压力变化对流量的影响进油口压力变化对流量的影响是指将流经阀的流量调整至比最小稳定流量高1～2倍，使出油口的流量直接回油箱，然后测量进油口在最低(由最小工作压差决定)和最高工作压力时流量的变化率。一般要求其流量变化率应小于10％。6.出油口压力变化对流量的影响出油口压力变化对流量的影响是指将流经阀的流量调整至比最小稳定流量高1～2倍，使进油口压力为额定压力，然后测量出油口在最低(直接回油箱的压力)和最高(额定压力减去最小工作压差)工作压力时，流经阀的流量变化率，一般应小于10％。四、调速阀的设计计算(一)结构设计

(二)计算方法

(一)结构设计1.定差减压阀部分

2.节流阀部分1.定差减压阀部分图10-12调速阀中定差减压阀的典型结构

a)阀套较短b)阀套有阻尼小孔c)无阀套1.定差减压阀部分(1)阀芯

(2)阀套

(3)阀口(1)阀芯图10-12所示的阀芯均为大小头两级同心结构，其中图10-12b中的阀芯在中部成锥形，这是为了减小稳态液动力的影响，从而改善调速阀调节流量的稳定性。

(2)阀套图10-13调速阀中减压阀阀口的结构

a)圆柱形阀口b)~d)弓形阀口(3)阀口减压阀阀口有圆柱形和弓形两种。图10-13a所示为圆柱形阀口，图10-13b~d所示为弓形阀口。圆柱形阀口由于阀芯有微小位移时，过流面积会有较大的变化，即面积梯度大，因而减压阀灵敏度高，但阀芯的稳定性稍差；弓形阀口阀芯的稳定性则较好，但灵敏度稍低。2.节流阀部分图10-14调速阀中节流阀的结构

a)~e)轴向移动的阀芯与调节手轮部分分体f)螺旋运动的阀芯与调节手轮部分连成一体2.节流阀部分图10-15几种节流口过流面积的形状(二)计算方法1.几何尺寸的确定(图10-16)

2.减压阀弹簧的设计计算

3.性能计算1.几何尺寸的确定(图10-16)图10-16调速阀的结构图1.几何尺寸的确定(图10-16)(1)进出油口直径d，减压阀阀芯台肩大直径D、中直径D1、小直径d1，节流阀阀芯台肩大直径D2、小直径d2(单位均为m)

(2)减压阀阀套沉割槽宽度B和尺寸H

(3)减压阀阀套径向孔直径dj1和孔数zj1

(4)节流阀进油口孔直径dj2

(5)减压阀阀口的最大开口量δ1max(6)节流阀节流口的最大开口量δ2max(图中未画出)

(7)减压阀阀芯行程S1

(8)节流阀阀芯行程S2(1)进出油口直径d，减压阀阀芯台肩大直径D、中直径D1、小直径d1，节流阀阀芯台肩大直径D2、小直径d2(单位均为m)1)阀的进出油口直径d应满足

2)节流阀阀芯台肩大直径D2、小直径d2一般按经验取。

3)减压阀阀芯台肩中直径D1、小直径d1的确定方法与D2、d2一样。（10-14）（10-15）（10-16）（10-17）(2)减压阀阀套沉割槽宽度B和尺寸H

(10-18)(3)减压阀阀套径向孔直径dj1和孔数zj1

(10-19)(4)节流阀进油口孔直径dj2

dj2处的流速也应小于［vs］，其计算方法与式(10-19)类似。

(5)减压阀阀口的最大开口量δ1max(10-20)(6)节流阀节流口的最大开口量δ2max(图中未画出)

(10-21)(7)减压阀阀芯行程S1

(10-22)(8)节流阀阀芯行程S2

(10-23)2.减压阀弹簧的设计计算

(10-24)(10-25)3.性能计算(1)流量变化率ηq

(2)进出油口最低工作压差Δpmin(1)流量变化率ηq

(10-26)(10-27)(10-28)(10-29)(10-30)(2)进出油口最低工作压差Δpmi