项目6任务 6.1 流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试

《液压与气动项目教程》项目6流量控制阀的认知及速度控制回路的分析、组建与调试工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试【教学目标】1.掌握流量控制阀的原理、功能、特点及应用。2.能辨识、能画出各种流量控制阀的图形符号。3.能够对流量控制阀进行简单维修。4.掌握速度控制回路的功用、工作原理及相关特性。5.能搭接及调试速度控制回路，并能对油路进行一般故障的排除。6.严格遵守岗位操作规程，确保工具、设备和自身的安全。7.培养学生的主观能动性，思维的积极性，提高其分析问题和解决问题的能力。8.通过引导学生参与分析问题和解决问题的过程，激发学生的学习热情，增强学生自信心。项目6流量控制阀的认知及速度控制回路的分析、组建与调试

工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试1.流量控制阀在液压传动系统中，控制油液流量的阀称为流量控制阀，简称流量阀。流量阀是通过改变阀口通流面积的大小或通流通道的长短来改变液阻，从而调节通过阀的流量，达到调节执行元件运动速度的目的。流量控制阀节流阀调速阀对流量控制阀的主要要求是具有足够的调节范围、能保证稳定的最小流量、温度和压力变化对流量的影响要小、调节方便、泄漏小等。1.1节流口的形式和流量特性工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试1.1.1节流口的形式任何一个流量阀都有一个节流部分，称为节流口。改变节流口的通流面积即可改变通过节流阀的流量。节流口的形式很多，常见的节流口形式如图6-3所示。(a)针阀式节流口

(b)偏心槽式节流口

(c)轴向三角槽式节流口(d)周向缝隙式节流口

(e)轴向缝隙式节流口图6-3

常见的节流口形式1.1节流口的形式和流量特性工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试1.1.2节流口的流量特性节流口的流量特性是指液体流经节流口时，通过节流口的流量所受到的影响因素，以及这些因素与流量之间的关系。大量的实验证明，节流口的流量特性可以用公式6-1表示。（式6-1）式中，q为通过节流口的流量，单位为m3/s或L/min；

K为由节流口的截面形状、大小及油液性质决定的流量系数，一般为常数；

AT为节流口的通流面积，单位为m2；

ΔpT为可变节流口的前后压力差，单位为Pa；

m为由节流口形式决定的指数，一般取0.5≤m≤1。当K、ΔpT、𝑚一定时，改变节流口通流截面积AT的大小，就可以调节通过流量阀的流量q。1.1.2节流口的流量稳定性影响因素工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试

液压系统工作时，当节流口的面积调定后，希望通过节流阀的流量稳定不变，尤其是阀口关小时，不致出现时断时续和断流现象，以保证执行元件的速度稳定不变。但实际上，通过节流阀的流量会受到节流口前后的压差、油温及节流口形状等因素的影响。（1）负载变化对流量稳定性的影响由式6-1可知，当外负载变化时，执行元件工作压力随之变化。如果与执行元件相连的节流阀口压力差发生变化，就会引起执行元件的速度发生变化。（2）油温变化对流量稳定性的影响因油温变化引起油液粘度变化，使小孔流量通式中系数发生变化，导致流量变化。粘度变化对细长孔流量的影响较大，而对于薄壁孔的流量几乎没有影响。（3）节流口的堵塞和最小稳定流量因杂质堵塞，会改变节流口预先调好的通流面积，故使流量发生变化，尤其是当节流口较小时，这一影响更为突出。不同形状的孔口通流能力不同，对流量稳定性的影响也不同。1.1.2节流口的流量稳定性影响因素工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试节流口堵塞的原因主要有油液中的杂质及氧化析出的污染物堆积，节流缝隙的金属表面形成的边界吸附作用，压力差过大加剧节流缝隙处的吸附。节流口的形状不同，抗堵塞的性能就不同。减轻节流口堵塞现象的措施有选择薄刃节流口、精密过滤并定期更换液压油、合理选择节流口前后的压力差，选用抗氧化稳定性好的油液，减小节流口的表面粗糙度值等。节流口的最小稳定流量

是指不发生节流小孔堵塞现象的最小流量。这个值越小，说明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。

最小稳定流量的选择依据是节流口最小稳定流量必须满足系统最低速度的要求。只有节流口最小稳定流量小于系统以最低速度运行所需要的流量值，才能保证系统在低速工作时速度的稳定性。爬行现象及其危害：有些液压系统的执行元件在低速下运行时可能产生爬行现象，严重影响工作质量，爬行的本质是一种振动，它与负载变化、环境温度变化、液压弹簧效应、流量不稳定等因素有关，其中最小供油量的稳定性对执行元件是否产生爬行、运动是否保持平稳起着很大的作用。1.2节流阀的结构及特点工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试按照节流阀功能的不同，节流阀可分为普通节流阀、单向节流阀、溢流节流阀、节流截止阀等多种。其中普通节流阀和单向节流阀最常用。1.2.1普通节流阀

（a）结构图

（b）图形符号

（c）节流阀外观图6-4普通节流阀

1-调节手柄；2-阀芯；3-阀体；4-节流通道油液从进油口流入，经节流通道4和阀芯2下端的三角槽进入阀体孔道，再从出油口流出。调节手柄1就能使阀芯2做轴向移动，阀芯越上移开口就越大，通过的流量就越多。1.2节流阀的结构及特点工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试按照节流阀功能的不同，节流阀可分为普通节流阀、单向节流阀、溢流节流阀、节流截止阀等多种。其中普通节流阀和单向节流阀最常用。1.2.2单向节流阀（a）单向节流阀结构

（b）图形符号

（c）单向节流阀外观图6-5单向节流阀

1-可调节套筒；2-阀体；3-液流通道；4-节流口；5-阀芯；6-弹簧

正向流动时，液流从油口P1流向油口P2的过程中需要经过阀体2和可调节套筒1之间的节流口4，调节套筒1可改变节流口大小。

反向流动时，液流从油口P2流向油口P1，油液压力作用在阀芯5的端面上，产生向右的作用力，克服弹簧力，阀芯右移，主通道打开，液流通过。单向节流阀正向流动时起节流阀作用，反向不节流。P1P21.3调速阀的结构及特点

工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试单向节流阀正向流动时起节流阀作用，反向不节流。（a）调速阀结构（b）图形符号（c）调速阀外观图7-6单向调速阀1-定差减压阀阀芯；2-节流阀阀芯；a-反馈通道；b-弹簧腔；c、d-油腔；e、f-通道调速阀由一个定差减压阀和一个节流阀串联组合而成，即在节流阀的进油口前串联上一个定差减压阀。节流阀调节通过流量，定差减压阀用于压力补偿，以保证节流阀前后压差恒定，从而保证通过节流阀的流量稳定。

压力油p1从调速阀进油口进入调速阀后，先经过减压阀的阀口产生一次压力降，压力由p1降低到p2；然后经过节流阀阀口流出，出口压力为p3。节流阀的出口压力p3经过反馈通道a进入定差减压阀阀芯上端的弹簧腔b，节流阀入口压力即减压阀出口压力p2分别经反馈通道f和通道e进入阀芯中部的油腔c和下端油腔d。当减压阀阀芯在弹簧力FS、液压力p2和p3作用下处于平衡位置时，忽略液动力和摩擦力，则阀芯平衡方程为

p2*A1+p2*A2=p3*A+F

(式6-2)式中，A1、A2、A分别为d、c、b腔内压力油作用的有效面积，且A=A1+A2，故图6-6单向调速阀1-定差减压阀阀芯；2-节流阀阀芯；a-反馈通道；b-弹簧腔；c、d-油腔；e、f-通道(式6-3)

由于弹簧刚度较低，且工作时减压阀阀芯位移较小，可认为弹簧力Fs基本不变，因此节流阀两端压差∆pT也基本不变。若调速阀入口压力p1不变，当负载增大时，p3的压力随之增大，减压阀阀芯失去平衡而向下移动，使阀口开度增大，减压作用减小，使p2增大，直至阀芯在新的位置上达到平衡为止。这样p3增加时，p2也增加，其压力差∆pT保持不变。总之，由于定差减压阀的自动调节作用，无论调速阀的进口压力p1、出口压力p3如何变化，节流阀前后压差总能保持不变，从而保持流量稳定。工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试1.3调速阀的结构及特点1.3调速阀的结构及特点

图6-7流量阀的特性曲线工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试

节流阀的流量随其进出口压力差∆pT的变化较大；调速阀的进、出油口压力差∆p（即p1-p3）大于一定数值后，曲线基本保持水平状态，即∆p变化时，调速阀的流量q基本不变。调速阀在进出油口压力差较小的曲线区域内。

速度调节回路是控制和调节液压执行元件运动速度的基本回路。任务描述中提到需要调节传送装置的移动速度，就需要用到速度调节的回路。在不考虑液压油的压缩性和泄漏的情况下，液压缸的运动速度计算公式为

（式6-4）式中，q为输入液压缸的流量，单位m3/s或L/min；

A为液压缸的有效工作面积，单位m2。液压马达的转速计算公式为

（式6-5）式中，q为输入液压马达的流量，单位m3/s或L/min；

VM为液压马达的排量，单位mL/r。工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.调速回路节流调速回路容积调速回路容积节流调速回路工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.调速回路流量控制阀2.1节流调速回路的类型

节流调速回路的工作原理是通过改变设置在回路中的流量阀(节流阀或调速阀)的通流面积大小来控制流入执行元件或者流出执行元件的流量，达到调节其运动速度的目的。进油节流调速回油节流调速旁路节流调速节流调速回路的分类定量泵溢流阀流量阀定量执行元件节流调速回路的组成

节流阀放置在液压缸进油路上，液压泵输出的油液一部分经节流阀进入液压缸工作腔，推动活塞运动，一部分油液经溢流阀流回油箱，这就是所谓的“分流调速”。

溢流是这种调速回路能够正常工作所必不可少的条件。在调速时溢流阀经常处于溢流状态，泵的出口压力pp保持基本恒定，这就是人们常说的“溢流稳压”。只要调节节流阀的通流面积，即可调节通过节流阀的流量，从而达到调节液压缸运动速度的目的。图6-8(1)进油节流调速回路工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.2.1进油路节流调速回路液压缸在稳定工作时，其受力平衡方程为

p1A1=

F

+p2A2

（式6-6）

v

=q1/A1(式6-7)式中p1、p2—液压缸进油腔和回油腔的压力，单位Pa；

A1、A2—液压缸无杆腔和有杆腔的有效面积，单位m2；

F—液压缸的负载，单位N；

q1—液压缸进油腔流量，单位m3/s；

v—液压缸的运动速度,单位m/s。图6-8(1)所示为进油节流调速回路工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.2.1进油路节流调速回路液压缸在稳定工作时，其活塞的受力平衡方程式为

p1A1=p2A2+F由于回油腔通油箱，当不计管道压力损失时，p2≈0。因此节流阀两端的压力差为经节流阀流入液压缸的流量为因此液压缸的运动速度为（式6-8）工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.2.1进油路节流调速回路

由式6-8可知，当pp、AT调定后，液压缸的速度𝑣仅与负载𝐹有关。

由节流阀的速度负载特性曲线可知，当节流阀通流面积AT不变时，液压缸的运动速度𝑣随负载𝐹增大而下降，因此这种调速回路的速度负载特性较“软”；当AT

一定时，负载较小的区段曲线较平缓，说明轻载区域比重载区域的速度刚性好；而同样负载

𝐹下，AT

越小，速度刚性越好。图6-8(2)进油路节流调速回路速度-负载特性曲线工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.2.1进油路节流调速回路2.2.2回油节流调速回路

节流阀放置在液压缸的回油路上，调节节流阀的流量，即可调节液压缸的回油流量

q2，也就间接控制了进入液压缸的流量q1

。

进油节流调速和回油节流调速回路中的溢流阀都是起溢流作用的，定量泵中多余的油液经溢流阀流回油箱，泵出口压力pp为溢流阀的调定压力并基本保持稳定。液压缸的运动速度为

（式6-9）

图6-9回油节流调速回路1-油箱；2-溢流阀；3-压力表；4-液压泵；5-节流阀；6-换向阀；7-液压缸工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试（1）运动平稳性回油节流调速回路的回油路因节流阀的存在而产生一定的回油背压力，运动更为平稳。进油节流调速回路的回油路无背压，缸的运动平稳性相对差些。（2）承受负值负载的能力所谓负值负载就是作用力的方向与执行元件运动方向相同的负载，负值负载容易使执行元件往前冲。在回油节流调速回路中，因为节流阀的背压作用，执行元件运动方向存在较大阻尼，可以承受一定的负值负载。而在进油节流调速回路中，执行元件运动方向阻尼很小，负值负载会迫使执行元件前冲。（3）发热与泄漏的影响油液通过节流阀会产生一定的热量，在回油节流调速回路中，产生的热量随油液回到油箱后很快散掉，因此发热对液压缸的泄漏、稳定性等无影响；而在进油节流调速回路中，发热的油液进入液压缸，会影响液压缸的泄漏。回油节流调速与进油节流调速回路相同有以下几个方面的差异：工作任务6.1流量控制阀的认知及喷漆生产线液压传送装置的组建与调试2.2.2回油节流调速回路（4）停车后的启动性能长期停车后液压缸油腔内的油液会流回油箱，当液压泵重新向液压缸供油时，对于回油节流调速回路，因进油路上没有节流阀控制流量，且回油路上不再充满油液，导致回油路上背压不能立即建立，活塞会前冲；而对于进油节流调速回路，虽然停车后整个回路也不充满油液，但由于进油路上有节流阀，只要在启动时关小节流阀，就能避免启动冲击。（5）实现压力控制的方便性在回油节流调速回路中，进油路压力由溢流阀控制，而回油腔的压力随负载变化，当工作部件碰到死挡块后，其压力将降至零，