流量控制閥(修改)

1本章提要節(jié)流口的流量特性；流量負(fù)反饋；節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流閥等三種流量控制閥的原理、結(jié)構(gòu)、主要性能和應(yīng)用；其它液壓閥，如插裝閥、電液比例閥、電液伺服閥的工作原理及應(yīng)用。

本章主要內(nèi)容為：

本章重點(diǎn)是節(jié)流口的流量特性、流量負(fù)反饋、調(diào)速閥的工作原理和性能。學(xué)習(xí)時應(yīng)從液壓橋路和流量負(fù)反饋等基本概念著手理解這些閥的工作原理。2

流量控制閥簡稱流量閥，它通過改變節(jié)流口通流面積或通流通道的長短來改變局部阻力的大小，從而實(shí)現(xiàn)對流量的控制，進(jìn)而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動速度。流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流集流閥等。3對于節(jié)流孔口來說，可將流量公式寫成下列形式:（7.1）7.1節(jié)流口的流量特性7.1.1

節(jié)流口流量公式

式中:閥口通流面積；閥口前、后壓差；由節(jié)流口形狀和結(jié)構(gòu)決定的指數(shù)，0.5＜m＜l；節(jié)流系數(shù)。QΔp圖7.1節(jié)流口的流量-壓力特性細(xì)長孔m=1簿壁口m=0.54

關(guān)于薄壁節(jié)流口的流量公式，令,m=0.5流過薄壁小孔的流量公式由式（7.1）變?yōu)?式中:Cd—流量系數(shù)；

ρ—油液密度。在流體力學(xué)中，我們遇到過兩大類節(jié)流口。一類是細(xì)長孔，m=1。在液壓工程中，往往把這類節(jié)流口當(dāng)作固定(不可調(diào))節(jié)流器使用。QΔp細(xì)長孔m=1簿壁口m=0.5

另一類是薄壁節(jié)流口,m=0.5。用紊流計算這一類節(jié)流口的流量。常常把它們作為節(jié)流閥閥口使用。5上式也可寫成

在上式中若m為常數(shù)，且也是常數(shù)，調(diào)節(jié)A，則可調(diào)節(jié)通過節(jié)流閥的流量Q。

需要說明的是流量系數(shù)Cd并不是常數(shù)，節(jié)流口的結(jié)構(gòu)、形狀、壓力差、油溫都對Cd有影響。精確的Cd值需靠試驗(yàn)確定。一般Cd=0.6~0.8。m值也受多種因素影響，一般m=0.5~1。一般薄壁節(jié)流口的m為0.5左右。6節(jié)流口的形式與特征

(1)直角凸肩節(jié)流口h≤B；B—閥體沉割槽的寬度。

直角凸肩節(jié)流口DBh

本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是過流面積和開口量呈線性結(jié)構(gòu)關(guān)系，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好。但流量的調(diào)節(jié)范圍較小，小流量時流量不穩(wěn)定，一般節(jié)流閥較少使用。

節(jié)流口是流量閥的關(guān)鍵部位，節(jié)流口形式及其特性在很大程度上決定著流量控制閥的性能。

7(2)針閥式（錐形凸肩）節(jié)流口圖7.2(a)針閥（錐形）節(jié)流口Dh(a)θ

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可當(dāng)截止閥用。調(diào)節(jié)范圍較大。由于過流斷面仍是同心環(huán)狀間隙，水力半徑較小，小流量時易堵塞，溫度對流量的影響較大。一般用于要求較低的場合。8(3)偏心式節(jié)流口

節(jié)流口由偏心的三角溝槽組成。閥芯有轉(zhuǎn)角時，節(jié)流口過流斷面面積即產(chǎn)生變化。本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，小流量調(diào)節(jié)容易。但制造略顯得麻煩、閥芯所受的徑向力不平衡，只宜用在低壓場合。9(4)軸向三角槽式節(jié)流口

沿閥芯的軸向開若干個三角槽。閥芯做軸向運(yùn)動，即可改變開口量h，從而改變過流斷面面積。

本節(jié)流口結(jié)構(gòu)簡單，水力半徑大，調(diào)節(jié)范圍較大。小流量時穩(wěn)定性好，最低對流量的穩(wěn)定流量為50ml/min。因小流量穩(wěn)定性好，是目前應(yīng)用最廣的一種節(jié)流口。φlDhα圖7.2(c)三角槽式節(jié)流口10bhaφαφlDhα11圖7.2(d)周向縫隙式節(jié)流口(5)周向縫隙式節(jié)流口

閥芯上開有狹縫，旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以作成薄刃結(jié)構(gòu)，從而獲得較小的穩(wěn)定流量，但是閥芯受徑向不平衡力，只適于低壓節(jié)流閥中。

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本結(jié)構(gòu)為薄壁節(jié)流口，壁厚約0.07~0.09mm，流量受溫度的影響小、不易堵塞、最低穩(wěn)定流量約20ml/min。閥芯的軸向位移可改變節(jié)流口過流斷面的面積。節(jié)流口易變形，工藝復(fù)雜是本結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。(6)軸向縫隙式節(jié)流口圖7.2(e)軸向縫隙式節(jié)流口137.2 流量負(fù)反饋

負(fù)載變化引起的流量波動可以通過流量負(fù)反饋來加以控制。與壓力負(fù)反饋一樣，流量負(fù)反饋控制的核心是要構(gòu)造一個流量比較器和流量測量傳感器。流量閥的流量測量方法主要有“壓差法”和“位移法”兩種。14（1）流量測量原理7.2.1 流量的“壓差法”測量

在主油路中串聯(lián)一個節(jié)流面積A0已調(diào)定的液阻RQ作為流量一次傳感器，其壓力差ΔPq代表流量QL；Q流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口Rx15Q流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口Rx

再設(shè)置一個作為流量二次傳感的測壓油缸A，將一次傳感器輸出的壓差PQ引入該測壓油缸A的兩腔，即可將流量轉(zhuǎn)化成與之相關(guān)的活塞推力FQ，F(xiàn)Q即為反饋信號。液阻RQ和壓差測量缸A一起構(gòu)成“壓差法”流量傳感器。流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口RxQ

與壓力負(fù)反饋相類似，可用彈簧預(yù)壓力F指作為指令信號，并與流量傳感器的反饋力FQ共同作用在力比較器上，構(gòu)成“流量-壓差-力負(fù)反饋”，利用比較信號驅(qū)動流量調(diào)節(jié)器閥芯（液阻Rx），最終達(dá)到流量自動穩(wěn)定控制之目的。代表流量大小的壓差力指令力流量傳感器RQ流量調(diào)節(jié)閥口Rx流量大?。▔翰盍Γ┲噶盍187.3 節(jié)流閥7.3.1 節(jié)流閥

液流從進(jìn)油口流入經(jīng)節(jié)流口后，從閥的出油口流出。本閥的閥芯3的錐臺上開有三角形槽。轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪1，閥芯3產(chǎn)生軸向位移，節(jié)流口的開口量即發(fā)生變化。閥芯越上移開口量就越大。閥芯調(diào)節(jié)手輪螺帽閥體(a)19

當(dāng)節(jié)流閥的進(jìn)出口壓力差為定值時，改變節(jié)流口的開口量，即可改變流過節(jié)流閥的流量。節(jié)流閥和其它閥，例如單向閥、定差減壓閥、溢流閥，可構(gòu)成組合節(jié)流閥。動畫20圖7.6

本節(jié)流閥具有螺旋曲線開口和薄刃式結(jié)構(gòu)的精密節(jié)流閥。轉(zhuǎn)動手輪和節(jié)流閥芯后，螺旋曲線相對套筒窗口升高或降低，改變節(jié)流面積，即可實(shí)現(xiàn)對流量的調(diào)節(jié)。

217.3.2 單向節(jié)流閥

流體正向流動時，與節(jié)流閥一樣，節(jié)流縫隙的大小可通過手柄進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)流體反向流動時，靠油液的壓力把閥芯4壓下，下閥芯起單向閥作用，單向閥打開，可實(shí)現(xiàn)流體反向自由流動。

節(jié)流閥芯分成了上閥芯和下閥芯兩部分。22圖7.7單向節(jié)流閥7.3.2 單向節(jié)流閥23

根據(jù)“流量負(fù)反饋”原理設(shè)計而成的流量閥稱為調(diào)速閥。根據(jù)“串聯(lián)減壓式”和“并聯(lián)分流式”之差別，又分為調(diào)速閥和溢流節(jié)流閥2種主要類型，調(diào)速閥中又有普通調(diào)速閥和溫度補(bǔ)償型調(diào)速閥兩種結(jié)構(gòu)。調(diào)速閥和節(jié)流閥在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用基本相同，主要與定量泵、溢流閥組成節(jié)流調(diào)速系統(tǒng)。節(jié)流閥適用于一般的系統(tǒng)，而調(diào)速閥適用于執(zhí)行元件負(fù)載變化大而運(yùn)動速度要求穩(wěn)定的系統(tǒng)中。

7.4

調(diào)速閥24

串聯(lián)減壓式調(diào)速閥是由定差減壓閥1和節(jié)流閥2串聯(lián)而成的組合閥。節(jié)流閥1充當(dāng)流量傳感器，節(jié)流閥口不變時，定差減壓閥2作為流量補(bǔ)償閥口，通過流量負(fù)反饋，自動穩(wěn)定節(jié)流閥前后的壓差，保持其流量不變。因節(jié)流閥（傳感器）前后壓差基本不變，調(diào)節(jié)節(jié)流閥口面積時，又可以人為地改變流量的大小。

7.4.1串聯(lián)減壓式調(diào)速閥的工作原理

動畫25p1p3(c)簡化符號(b)符號原理p1p3p2圖7.8調(diào)速閥工作原理1-減壓閥芯；2-節(jié)流閥芯acd1A2eb2ghp1(a)p2A2結(jié)構(gòu)原理26圖7.827(b)詳細(xì)符號p1p3(c)簡化符號p1p3p2(a)結(jié)構(gòu)原理p1p3p2節(jié)流閥減壓閥acdA2eb2ghA11A3k28

節(jié)流閥芯桿2由熱膨脹系數(shù)較大的材料制成，當(dāng)油溫升高時，芯桿熱膨脹使節(jié)流閥口關(guān)小，能抵消由于粘性降低使流量增加的影響。7.4.2溫度補(bǔ)償調(diào)速閥（節(jié)流閥）

圖7.9

溫度補(bǔ)償調(diào)速閥減壓閥部分的原理和普通調(diào)速閥相同。29

電液比例閥是一種按輸入的電氣信號連續(xù)地、按比例地對油液的壓力、流量或方向進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制的閥。能夠提高液壓系統(tǒng)參數(shù)的控制水平，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，廣泛應(yīng)用于要求對液壓參數(shù)進(jìn)行連續(xù)控制或程序控制，但對控制精度和動態(tài)特性要求不太高的液壓系統(tǒng)中。7.5 電液比例閥

電液比例控制閥的構(gòu)成，從原理上講相當(dāng)于在普通液壓閥上，裝上一個比例電磁鐵以代替原有的控制（驅(qū)動）部分。分為電液比例壓力閥、電液比例流量閥和電液比例方向閥三大類。30

比例電磁鐵是一種直流電磁鐵，與普通換向閥用電磁鐵的不同主要在于，比例電磁鐵的輸出推力與輸入的線圈電流基本成比例。7.5.1比例電磁鐵1一軛鐵；2—線圈；3一限位環(huán)；4—隔磁環(huán)；5一殼體；6—內(nèi)蓋；7一蓋；8—調(diào)節(jié)螺釘；9—彈簧；10—銜鐵；11一支承環(huán)；12—導(dǎo)向套311一閥座；2—先導(dǎo)錐閥；3-軛鐵；4r—銜鐵；5—彈簧；6—推稈；7—線圈；8—彈簧；9—先導(dǎo)閥7.6.2.2電液比例溢流閥用比例電磁鐵取代先導(dǎo)型溢流閥導(dǎo)閥的調(diào)壓手柄，便成為先導(dǎo)型比例溢流閥

327.6.2.2電液比例溢流閥

閥下部與普通溢流閥的主閥相同，上部則為比例先導(dǎo)壓力閥。該閥還附有一個手動調(diào)整的安全閥（先導(dǎo)閥）9，用以限制比例溢流閥的最高壓力。33安全閥先導(dǎo)比例閥347.6.2.3比例方向節(jié)流閥357.6.2.4電液比例調(diào)速閥

插裝閥可組成方向閥、壓力閥、流量閥，它相當(dāng)于電液動閥，流