液壓元件與系統(tǒng) 第4版 課件 第十章　流量控制閥

第十章流量控制閥第一節(jié)節(jié)流口概述

第二節(jié)節(jié)流閥

第三節(jié)調(diào)速閥

第四節(jié)溫度補償調(diào)速閥

第五節(jié)溢流節(jié)流閥

第六節(jié)分流集流閥第一節(jié)節(jié)流口概述一、節(jié)流口的流量特性

二、影響流量穩(wěn)定性的因素

三、常用節(jié)流口的形式一、節(jié)流口的流量特性圖10-1節(jié)流口流量-壓差特性曲線一、節(jié)流口的流量特性(10-1)(10-2)(10-3)二、影響流量穩(wěn)定性的因素1.壓差Δp對流量穩(wěn)定性的影響

2.溫度對流量穩(wěn)定性的影響

3.最小穩(wěn)定流量和流量閥調(diào)節(jié)范圍1.壓差Δp對流量穩(wěn)定性的影響在使用中，當(dāng)節(jié)流口前后壓差變化時，流量不穩(wěn)定。式(10-1)中的m越大，Δp的變化對流量的影響越大，因此閥口制成薄壁孔(m=0.5)的流量閥的流量穩(wěn)定性較好。2.溫度對流量穩(wěn)定性的影響油溫的變化引起油液粘度的變化，從而對流量大小產(chǎn)生影響。這對細(xì)長孔式節(jié)流口是十分明顯的。而對銳邊或薄壁孔口而言，當(dāng)雷諾數(shù)Re大于臨界值時，流量系數(shù)不受油溫影響；但當(dāng)壓差小，通流面積小時，流量系數(shù)與雷諾數(shù)Re有關(guān)，流量要受到油溫變化的影響。3.最小穩(wěn)定流量和流量閥調(diào)節(jié)范圍當(dāng)閥口壓差Δp一定，閥口面積調(diào)小到一定值時，流量將出現(xiàn)時斷時續(xù)現(xiàn)象，進(jìn)一步調(diào)小，則可能斷流，這種現(xiàn)象稱為節(jié)流閥的阻塞。三、常用節(jié)流口的形式圖10-2節(jié)流口的形式

a)針閥式b)偏心式c)軸向三角槽式d)周邊縫隙式e)軸向縫隙式三、常用節(jié)流口的形式1.針閥式節(jié)流口(圖10-2a)

2.偏心式節(jié)流口(圖10-2b)

3.軸向三角槽式節(jié)流口(圖10-2c)

4.周邊縫隙式節(jié)流口(圖10-2d)

5.軸向縫隙式節(jié)流口(圖10-2e)1.針閥式節(jié)流口(圖10-2a)當(dāng)針閥作軸向移動時，即可改變環(huán)形節(jié)流開口的大小以調(diào)節(jié)流量。這種結(jié)構(gòu)加工簡單，但節(jié)流口長度大，水力半徑小，易堵塞，流量受油溫影響較大。一般用于對性能要求不高的場合。2.偏心式節(jié)流口(圖10-2b)這種形式的節(jié)流口在閥芯上開一個截面為三角形(或矩形)的偏心槽，當(dāng)轉(zhuǎn)動閥芯時，就可以改變節(jié)流口的大小，以調(diào)節(jié)流量。3.軸向三角槽式節(jié)流口(圖10-2c)在閥芯端部開有一個或兩個斜的三角槽，軸向移動閥芯就可以改變?nèi)遣弁髅娣e從而調(diào)節(jié)流量。在高壓閥中有時在軸端銑削斜面來代替三角槽以改善工藝性。4.周邊縫隙式節(jié)流口(圖10-2d)這種節(jié)流口在閥芯上開有狹縫，油液可以通過狹縫流入閥芯內(nèi)孔再經(jīng)左邊的孔流出，旋轉(zhuǎn)閥芯可以改變縫隙節(jié)流開口的大小。5.軸向縫隙式節(jié)流口(圖10-2e)在套筒上開有軸向縫隙，軸向移動閥芯就可以改變縫隙的通流面積大小。這種節(jié)流口可以做成單薄刃或雙薄刃式結(jié)構(gòu)，因此流量對溫度變化不敏感第二節(jié)節(jié)流閥一、節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與工作原理

二、節(jié)流閥的剛度

三、節(jié)流閥的主要性能指標(biāo)

四、節(jié)流閥的設(shè)計要點一、節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)與工作原理1.普通節(jié)流閥

2.單向節(jié)流閥

3.行程節(jié)流閥

4.單向行程節(jié)流閥1.普通節(jié)流閥圖10-3節(jié)流閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號

1—閥芯2—推桿3—手輪4—復(fù)位彈簧2.單向節(jié)流閥圖10-4LA型帶載可調(diào)單向節(jié)流閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號

1—閥蓋2—頂桿套3—活塞4—閥芯

5—閥體6—彈簧7—底蓋3.行程節(jié)流閥圖10-6CF型行程節(jié)流閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號

1—滾輪2—閥蓋3—定位銷4—閥芯5—閥體6—彈簧7—底蓋4.單向行程節(jié)流閥圖10-7單向行程節(jié)流閥

a)結(jié)構(gòu)圖b)圖形符號

1—滾輪2—閥蓋3—定位銷4—閥芯5—閥體6—彈簧7—底蓋8—單向閥二、節(jié)流閥的剛度圖10-8不同開口時節(jié)

流閥的流量-壓差特性二、節(jié)流閥的剛度(10-5)(10-6)三、節(jié)流閥的主要性能指標(biāo)1.流量調(diào)節(jié)范圍

2.流量變化率

3.內(nèi)泄漏量

4.壓力損失1.流量調(diào)節(jié)范圍流量調(diào)節(jié)范圍是指當(dāng)節(jié)流閥的進(jìn)出油口壓差為最小時(一般為0.5MPa)，由小到大改變節(jié)流口的過流面積，它所通過的最小穩(wěn)定流量和最大流量之間的范圍。2.流量變化率當(dāng)節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差為最小時，將節(jié)流閥的流量調(diào)至最小穩(wěn)定流量，并保持進(jìn)油腔油溫為(50±5)℃，每隔5min用流量計測量一次流量，共測量六次，將測得的最大和最小流量的差值與流量的平均值之比稱作流量變化率。節(jié)流閥的最小流量變化率一般不大于10％。3.內(nèi)泄漏量內(nèi)泄漏量是指節(jié)流閥全關(guān)閉，進(jìn)油腔壓力調(diào)至額定壓力時，油液由進(jìn)油口經(jīng)閥芯和閥體之間的配合間隙泄漏至出油口的流量。4.壓力損失正向壓力損失是指節(jié)流口全開，通過額定流量時，進(jìn)油口與出油口之間的壓力差。對于單向節(jié)流閥而言，油液反向流過單向閥時的壓力差稱為閥的反向壓力損失。四、節(jié)流閥的設(shè)計要點1.結(jié)構(gòu)形式的選擇

2.節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差Δp的確定

3.節(jié)流閥最大和最小開口面積的確定

4.節(jié)流閥通流部分的尺寸1.結(jié)構(gòu)形式的選擇節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)工作壓力和調(diào)節(jié)特性的要求來確定。如工作壓力較高時，可選用軸向三角槽式節(jié)流口；工作壓力較低但要求調(diào)節(jié)靈敏，可選用縫隙式節(jié)流口；要求油溫變化對流量的影響小時，應(yīng)采用薄刃結(jié)構(gòu)，必要時可采用溫度補償?shù)姆绞?；?dāng)要求帶載進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時，應(yīng)考慮閥芯上液壓力的平衡問題。2.節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差Δp的確定在工作狀態(tài)，節(jié)流閥進(jìn)出油口壓差將隨系統(tǒng)中執(zhí)行元件負(fù)載的變化而在很大范圍內(nèi)變動。在設(shè)計節(jié)流閥時要確定一個Δp值，以此作為計算節(jié)流開口大小以及通過的最小穩(wěn)定流量和最大流量的依據(jù)。3.節(jié)流閥最大和最小開口面積的確定

(10-7)(10-8)4.節(jié)流閥通流部分的尺寸節(jié)流閥通流部分任意過流斷面(節(jié)流口除外)的液流速度應(yīng)不超過液壓管路內(nèi)的流速，一般不超過6m/s。同時，應(yīng)使流道局部阻力盡量減小。第三節(jié)調(diào)速閥一、調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

二、調(diào)速閥的靜態(tài)特性分析

三、調(diào)速閥的主要性能指標(biāo)

四、調(diào)速閥的設(shè)計計算一、調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)及工作原理圖10-9定差減壓閥在前節(jié)流閥在后的調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)原理圖

a)結(jié)構(gòu)圖b)詳細(xì)圖形符號c)簡化圖形符號

1—定差減壓閥2—節(jié)流閥一、調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)及工作原理圖10-10調(diào)速閥結(jié)構(gòu)原理圖

1—調(diào)節(jié)旋鈕2—閥體3—閥套

4—減壓閥口5—阻尼孔

6—壓力補償器7—彈簧

8—節(jié)流口9—節(jié)流閥芯一、調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)及工作原理1)若系統(tǒng)工作負(fù)載增大導(dǎo)致調(diào)速閥的出油口壓力p3增大，在調(diào)速閥進(jìn)油口壓力p1不變的情況下，流經(jīng)調(diào)速閥的流量因總壓差有減小的趨勢；但p3增大的同時使定差減壓閥閥芯受力平衡破壞，閥芯向閥口增大的方向移動，使定差減壓閥的減壓作用減弱，于是p2增大，直到p2－p3恢復(fù)到原來值，定差減壓閥閥芯在新的位置達(dá)到受力平衡為止。

2)若調(diào)速閥的進(jìn)油口壓力p1增大，則在調(diào)速閥出油口壓力p3不變的情況下，流經(jīng)調(diào)速閥的流量有增大的趨勢；但流量增大將導(dǎo)致節(jié)流閥的進(jìn)油口壓力p2增大，于是定差減壓閥閥芯受力平衡破壞，閥芯向閥口減小的方向移動，使定差減壓閥的減壓作用增強，閥口的壓力差增大，使節(jié)流閥進(jìn)油口壓力p2降低并恢復(fù)到原來值，因此節(jié)流閥進(jìn)出油口壓力差保持不變。二、調(diào)速閥的靜態(tài)特性分析1)流經(jīng)定差減壓閥閥口的流量q1為

2)定差減壓閥閥芯受力平衡方程為

3)流經(jīng)節(jié)流閥閥口的流量為

4)根據(jù)流量連續(xù)性原理，并不計泄漏，則調(diào)速閥的流量為

1)流經(jīng)定差減壓閥閥口的流量q1為

(10-9)2)定差減壓閥閥芯受力平衡方程為

(10-10)3)流經(jīng)節(jié)流閥閥口的流量為

(10-11)4)根據(jù)流量連續(xù)性原理，并不計泄漏，則調(diào)速閥的流量為

(10-12)(10-12)1)調(diào)速閥可以是定差減壓閥在前節(jié)流閥在后，也可以是節(jié)流閥在前定差減壓閥在后。

2)節(jié)流閥進(jìn)出油口的壓力差不得小于kx0/A，否則定差減壓閥處于最大開口，不起減壓補償作用。

3)當(dāng)調(diào)速閥出油口負(fù)載很小時，定差減壓閥閥口將承擔(dān)較大的壓力差，此時液壓功率幾乎全部損失在壓力補償器上，所消耗的功率將產(chǎn)生無效的熱能，使油液溫度升高。二、調(diào)速閥的靜態(tài)特性分析圖10-11節(jié)流閥在前定差減壓閥在后的調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)原理圖

a)結(jié)構(gòu)圖b)詳細(xì)圖形符號c)簡化圖形符號三、調(diào)速閥的主要性能指標(biāo)1.最小工作壓差

2.最小穩(wěn)定流量

3.流量調(diào)節(jié)范圍

4.內(nèi)泄漏量

5.進(jìn)油口壓力變化對流量的影響

6.出油口壓力變化對流量的影響1.最小工作壓差最小工作壓差即調(diào)速閥進(jìn)出油口的最小壓差，是指將節(jié)流口全開，流過額定流量時，調(diào)速閥進(jìn)油口和出油口的壓力差(即p1－p3)。壓差過低，減壓閥部分不能正常工作，就不能對節(jié)流閥進(jìn)行有效的壓力補償，影響流量的穩(wěn)定性。2.最小穩(wěn)定流量最小穩(wěn)定流量是指調(diào)速閥能正常工作的最小流量，要求流量變化率不大于10％，不出現(xiàn)斷流等現(xiàn)象。3.流量調(diào)節(jié)范圍流量調(diào)節(jié)范圍是指當(dāng)調(diào)速閥在最小工作壓差時，由小到大改變節(jié)流口的過流面積，它所通過的最小穩(wěn)定流量和最大流量范圍。4.內(nèi)泄漏量內(nèi)泄漏量是指節(jié)流口全關(guān)時，將調(diào)速閥的進(jìn)油口壓力調(diào)節(jié)至額定壓力，從出油口流出的流量。5.進(jìn)油口壓力變化對流量的影響進(jìn)油口壓力變化對流量的影響是指將流經(jīng)閥的流量調(diào)整至比最小穩(wěn)定流量高1～2倍，使出油口的流量直接回油箱，然后測量進(jìn)油口在最低(由最小工作壓差決定)和最高工作壓力時流量的變化率。一般要求其流量變化率應(yīng)小于10％。6.出油口壓力變化對流量的影響出油口壓力變化對流量的影響是指將流經(jīng)閥的流量調(diào)整至比最小穩(wěn)定流量高1～2倍，使進(jìn)油口壓力為額定壓力，然后測量出油口在最低(直接回油箱的壓力)和最高(額定壓力減去最小工作壓差)工作壓力時，流經(jīng)閥的流量變化率，一般應(yīng)小于10％。四、調(diào)速閥的設(shè)計計算(一)結(jié)構(gòu)設(shè)計

(二)計算方法

(一)結(jié)構(gòu)設(shè)計1.定差減壓閥部分

2.節(jié)流閥部分1.定差減壓閥部分圖10-12調(diào)速閥中定差減壓閥的典型結(jié)構(gòu)

a)閥套較短b)閥套有阻尼小孔c)無閥套1.定差減壓閥部分(1)閥芯

(2)閥套

(3)閥口(1)閥芯圖10-12所示的閥芯均為大小頭兩級同心結(jié)構(gòu)，其中圖10-12b中的閥芯在中部成錐形，這是為了減小穩(wěn)態(tài)液動力的影響，從而改善調(diào)速閥調(diào)節(jié)流量的穩(wěn)定性。

(2)閥套圖10-13調(diào)速閥中減壓閥閥口的結(jié)構(gòu)

a)圓柱形閥口b)~d)弓形閥口(3)閥口減壓閥閥口有圓柱形和弓形兩種。圖10-13a所示為圓柱形閥口，圖10-13b~d所示為弓形閥口。圓柱形閥口由于閥芯有微小位移時，過流面積會有較大的變化，即面積梯度大，因而減壓閥靈敏度高，但閥芯的穩(wěn)定性稍差；弓形閥口閥芯的穩(wěn)定性則較好，但靈敏度稍低。2.節(jié)流閥部分圖10-14調(diào)速閥中節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)

a)~e)軸向移動的閥芯與調(diào)節(jié)手輪部分分體f)螺旋運動的閥芯與調(diào)節(jié)手輪部分連成一體2.節(jié)流閥部分圖10-15幾種節(jié)流口過流面積的形狀(二)計算方法1.幾何尺寸的確定(圖10-16)

2.減壓閥彈簧的設(shè)計計算

3.性能計算1.幾何尺寸的確定(圖10-16)圖10-16調(diào)速閥的結(jié)構(gòu)圖1.幾何尺寸的確定(圖10-16)(1)進(jìn)出油口直徑d，減壓閥閥芯臺肩大直徑D、中直徑D1、小直徑d1，節(jié)流閥閥芯臺肩大直徑D2、小直徑d2(單位均為m)

(2)減壓閥閥套沉割槽寬度B和尺寸H

(3)減壓閥閥套徑向孔直徑dj1和孔數(shù)zj1

(4)節(jié)流閥進(jìn)油口孔直徑dj2

(5)減壓閥閥口的最大開口量δ1max(6)節(jié)流閥節(jié)流口的最大開口量δ2max(圖中未畫出)

(7)減壓閥閥芯行程S1

(8)節(jié)流閥閥芯行程S2(1)進(jìn)出油口直徑d，減壓閥閥芯臺肩大直徑D、中直徑D1、小直徑d1，節(jié)流閥閥芯臺肩大直徑D2、小直徑d2(單位均為m)1)閥的進(jìn)出油口直徑d應(yīng)滿足

2)節(jié)流閥閥芯臺肩大直徑D2、小直徑d2一般按經(jīng)驗取。

3)減壓閥閥芯臺肩中直徑D1、小直徑d1的確定方法與D2、d2一樣。（10-14）（10-15）（10-16）（10-17）(2)減壓閥閥套沉割槽寬度B和尺寸H

(10-18)(3)減壓閥閥套徑向孔直徑dj1和孔數(shù)zj1

(10-19)(4)節(jié)流閥進(jìn)油口孔直徑dj2

dj2處的流速也應(yīng)小于［vs］，其計算方法與式(10-19)類似。

(5)減壓閥閥口的最大開口量δ1max(10-20)(6)節(jié)流閥節(jié)流口的最大開口量δ2max(圖中未畫出)

(10-21)(7)減壓閥閥芯行程S1

(10-22)(8)節(jié)流閥閥芯行程S2

(10-23)2.減壓閥彈簧的設(shè)計計算

(10-24)(10-25)3.性能計算(1)流量變化率ηq

(2)進(jìn)出油口最低工作壓差Δpmin(1)流量變化率ηq

(10-26)(10-27)(10-28)(10-29)(10-30)(2)進(jìn)出油口最低工作壓差Δpmi